Truy tìm rác không gian

Vào ngày 23 tháng 4 năm nay, một chiếc phi thuyền của SpaceX đang trên đường bay tới Trạm Không gian Quốc tế (ISS) và đúng lúc khi phi hành đoàn chuẩn bị đi ngủ thì trung tâm điều khiển dưới mặt đất vội vã thông báo rằng họ chỉ có 20 phút để thực hiện và hoàn tất quy trình an toàn trước khi một vụ va chạm có thể xảy ra. Chỉ ít phút sau đó, một vật thể, có lẽ là một mảnh vỡ của một phi thuyền cũ hết hoạt động, bay xẹt qua không gây thiệt hại gì. Cứ thử tưởng tượng nếu vật thể đó, bay với một tốc độ cực nhanh ngoài không gian, chẳng may va vào chiếc phi thuyền thì hậu quả không chỉ gây thiệt hại cho phi thuyền mà còn gây nguy hiểm đến tính mạng của phi hành đoàn nữa. Thế nên đó là lý do người ta cần phải theo dõi và truy tìm các vật thể bay ngoài không gian để biết trước đường đi của chúng mà báo cho phi thuyền tránh không để xảy ra tai nạn.

Hiện tại, những vật thể được gọi là rác ngoài không gian chủ yếu được theo dõi và chấm vị trí bởi hệ thống radar. Nhưng với khoảng 34,000 vật thể được phỏng đoán có đường kính từ 10cm hoặc hơn đang bay ngoài kia thì chỉ khoảng 29,000 là đang được theo dõi với độ chính xác tương đối. Những vật thể nhỏ hơn thì rất nhiều và cũng khó theo dõi và truy tìm hơn. Những vật thể có đường kính từ 1 đến 10cm được phỏng chừng là hơn 900,000; trong khi những vật thể có đường kính ít nhất là 1cm có lẽ lên tới con số 128 triệu. Thậm chí những vật thật nhỏ cũng có thể gây thiệt hại. Vào tháng 5 vừa qua, Cơ quan Không gian Canada cho biết một mảnh rác không được theo dõi đã đục thủng một lỗ đường kính 5mm xuyên qua Canadarm2, một cánh tay robot được gắn vào trạm không gian ISS.

Trong khi rác ngoài không gian ngày càng nhiều thì mức độ nguy hiểm cũng tăng theo tỷ lệ thuận. Mỗi năm có khoảng độ hơn chục mảnh có kích thước khá lớn bị vỡ ra thành những mảnh nhỏ do va chạm vào nhau, do thùng xăng cũ nổ, hoặc từ những bình điện cũ rã ra. Bức xạ của mặt trời cũng có thể làm tróc lớp sơn và mảnh kim loại mỏng. Và con số những vệ tinh được phóng lên không gian cũng ngày càng nhiều. Theo Bryce Tech, một công ty tư vấn tại Virginia, cho đến cuối năm 2001 có khoảng 771 vệ tinh đang hoạt động bên ngoài trái đất. Mười năm sau con số đó tăng lên 965. Kể từ đó đến nay, con số vệ tinh đã tăng gần bốn lần, lên khoảng 4,500 – và con số này không kể những vệ tinh không còn hoạt động nhưng vẫn đang bay lơ lửng ngoài không gian. Người ta tính cho đến cuối thập niên này có thể có tới 100,000 vệ tinh hoạt động trong quỹ đạo trái đất.

Một dấu hiệu của sự nhộn nhịp này là hoạt động trong việc tiên đoán về những vụ va chạm có thể xảy ra trong tương lai đã gia tăng gấp đôi trong mấy năm qua và việc tiên đoán cũng chính xác hơn. Trong khi những thông tin thu thập được ngày càng nhiều hơn và có phẩm chất hơn thì những vụ va chạm có tiềm năng xảy ra đã không thể nhìn thấy trước được trước đây thì nay đã có thể nhìn thấy.

Từ lâu, hệ thống radar được điều hành bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ là trung tâm cung cấp lớn nhất những thông tin về rác không gian. Chỉ hơn 10 năm trước, việc xác định vị trí của những vật thể bay ngoài không gian với độ chính xác là trong vòng vài trăm mét. Kể từ đó đến nay, việc theo dõi đã có nhiều tiến bộ với độ chính xác là cách chỉ vài chục mét.

Một tiến bộ đáng chú ý nhất là “Hàng rào Không gian”. Đây là một hệ thống được xây dựng trên quần đảo Marshall của không lực Hoa Kỳ do hãng thầu quốc phòng Lockheed Martin chế tạo, được cho là hệ thống radar tối tân nhất thế giới. Bắt đầu hoạt động vào tháng 3 năm 2020 và hiện nay có thể quan sát tới hai triệu vật thể mỗi ngày, nhiều trong số đó có đường kính chỉ 5cm. Không lâu nữa, mức độ truy tìm và giám sát sẽ tăng hơn gấp ba lần con số hiện nay.

Vấn đề khó khăn hiện nay là vẫn chưa có sự nhất trí về phương pháp nào được cho là tốt nhất để dự đoán quỹ đạo tương lai của vật thể. Để làm điều này, vị trí của vật thể phải được ghi lại nhiều lần để theo dõi đường bay của nó thay đổi ra sao bởi sức hút của trái đất, mặt trăng và mặt trời, áp suất do bức xạ mặt trời đè lên nó và, ở quỹ đạo thấp, lực cản gây ra bởi các luồng gió từ tầng trên của bầu khí quyển, v.v… Các nhóm nghiên cứu khác nhau thường đưa ra những kết quả khác nhau, và do đó, càng có thêm nhiều dữ liệu thì tiến trình theo dõi sẽ càng chính xác hơn.

Hoạt động truy tìm rác không gian không chỉ là công việc của chính phủ mà trong lãnh vực tư cũng nhộn nhịp không kém. Tháng 4 vừa qua, công ty LeoLabs tại Silicon Valley vừa cho khánh thành trạm radar quan sát thứ tư của họ. Trạm này đặt tại Costa Rica, trong khi ba trạm kia được đặt tại Alaska, Tân Tây Lan và Texas. Trạm thứ năm đang được xây cất tại Azores. LeoLabs hiện có thể theo dõi những vật thể lớn hơn trái banh tennis một chút. Tuy nhiên, với hệ thống radar sóng ngắn và cực mạnh mà họ đang có có nghĩa là trong tương lai LeoLabs có thể theo dõi cả những vật thể nhỏ bé chỉ bằng 2cm đường kính.

LeoLabs bán những dữ liệu thông tin của họ cho các công ty có vệ tinh hoạt động ngoài không gian, cho cơ quan không gian, cho không lực Hoa Kỳ và thậm chí cho cả các hãng bảo hiểm.

Bên cạnh việc sử dụng hệ thống radar, các mảnh rác còn có thể truy tìm và theo dõi bằng quang học. Công ty Lockheed Martin hiện đang hợp tác với Đại học Curtin của Úc để điều hành hệ thống có tên là Fireopal bao gồm 20 máy chụp hình được đặt tại nhiều nơi khắp nước Úc để cùng nhắm lên bầu trời. Cứ vào buổi hừng đông và chiều tối mỗi ngày, khi các máy chụp hình còn đang trong tối nhưng ánh sáng mặt trời thì vẫn đang rọi sáng vào các vật thể đang bay ở trên, các máy chụp hình có nhiệm vụ thu hình cứ mỗi 10 giây một lần. Một vật thể càng gần thì nó càng có vẻ di chuyển giống như ngôi sao, cho phép hệ thống Fireopal xác định vị trí của nó. Đối với các vật thể ở độ cao 400km, hệ thống có độ chính xác trong vòng 30 mét.

Kỷ lục của Fireopal cho đến nay là xác định được vị trí của một vệ tinh có đường kính nửa mét bay ở độ cao 26,000km. Những vật thể nhỏ nhất mà ống kính chụp được ở quỹ đạo thấp là có đường kính khoảng 30cm.

Nhưng để truy tìm những vật thể ở quỹ đạo cao thì người ta phải dùng tới viễn vọng kính mới được. Một công ty ở California có tên là ExoAnalytic Solutions có thể theo dõi được rác không gian ở độ cao 170,000km – gần nửa đoạn đường từ trái đất lên mặt trăng. Với những mảnh vụn bay ở độ cao 36,000km, một dàn gồm 300 viễn vọng kính của ExoAnalytic được đặt rải rác tại 35 địa điểm trên năm châu lục và Hawaii, có thể theo dõi được những vật thể lớn bằng trái bưởi với độ chính xác vào khoảng 10 mét. Cứ mỗi năm công ty lại tăng thêm một hai địa điểm mới để cải thiện mức độ chính xác hệ thống theo dõi của họ.

Có thể nói những hoạt động truy tìm và theo dõi rác không gian nói trên là công việc rất đáng nể phục. Mặc dù vậy, các nhà khoa học cho rằng với khả năng theo dõi như hiện nay thế giới vẫn cần thêm gấp 10 lần như vậy thì mới đủ. Vì nhu cầu cao nên Northstar Earth & Space, một công ty mới thành lập tại Montreal, chỉ trong một thời gian ngắn đã gây đủ vốn đầu tư để chế tạo ba vệ tinh nặng 100kg, mỗi chiếc tốn $25 triệu, và sẽ sử dụng ống kính viễn vọng để theo dõi rác không gian từ tầng quỹ đạo trái đất. Kế hoạch của Northstar là sẽ phóng những vệ tinh này vào năm 2023, và nếu mọi việc diễn ra đúng theo dự tính thì họ sẽ phóng thêm một số vệ tinh nữa trong những năm kết tiếp.

Đối với khách hàng, giá thành cho những thông tin về rác không gian không hề rẻ. Như công ty Northstar chẳng hạn, dự định sẽ tính lệ phí hàng năm là từ $10 triệu tới $100 triệu. Nhưng khách hàng không chỉ nhận được thông tin để tránh bị va chạm mà còn được chỉ dẫn đường bay nào tốt nhất để tránh trước. Và như vậy sẽ giúp tiết kiệm được năng lượng, kéo dài tuổi thọ của các vệ tinh và giảm bớt được thời gian ngưng hoạt động trong lúc phải điều chỉnh lại đường bay.

Truy tìm và theo dõi rác không gian có thể nói là ngành kinh doanh còn tương đối mới mẻ. Nhưng như giới thương mại thường hay nói có cung thì có cầu, và ngược lại. Nay mai khi ngành du lịch không gian phát triển thì người ta còn cần đến dịch vụ này nhiều hơn nữa. Là vì nếu chẳng may bị tai nạn va chạm, mất đi một vệ tinh hay một phi thuyền là chuyện nhỏ, mất đi một mạng người sẽ là một chuyện lớn, và điều này có thể khiến một công ty sạt nghiệp.

Huy Lâm

Tin tức khác...