Giải thích nguồn gốc và tác hại của rác thải không gian

Một nghiên cứu mới cho thấy có 10% khả năng một người nào đó sẽ qua đời do bị…rác thải không gian rơi trúng người trong thập kỷ tới. Tuy nhiên, vẫn có những giải pháp mà các cơ quan vũ trụ có thể thực hiện để giảm nguy cơ đó.

Một nghiên cứu mới cho thấy trong thập kỷ tới, có 10% khả năng một người nào đó sẽ qua đời do rác thải không gian rơi trúng người.

Một tình huống giống như các tình tiết trong các bộ phim hoạt hình: Một mảnh kim loại tách ra khỏi tên lửa hoặc vệ tinh, hồi quyển và sau đó lao xuống mặt đất. Nó có khả năng hủy hoại mọi thứ trên đường di chuyển của nó – dù đó là vũng nước trên đường, một bồn hoa hay một chiếc xe bus đô thị.

Tình tiết trên nghe có vẻ hoang đường, nhưng thực tế, việc rác thải trong không gian có thể gây ra hậu quả khó lường đang ngày trở thành một mối đe dọa hiện hữu với loài người.

Vào cuối tháng 7 năm 2022, một bộ phận còn sót lại của tên lửa đẩy Trường Chinh 5B của Trung Quốc đã quay trở lại bầu khí quyển, trước khi đâm xuống khu vực thuộc Biển Sulu gần Philippines.

Đây không phải là một trường hợp hiếm hoi. Sự gia tăng không ngừng của các vệ tinh trên toàn cầu cũng đồng nghĩa với việc, ngày càng có nhiều vật thể nhân tạo trong không gian hơn bao giờ hết. Và nghiên cứu mới dự đoán, tỷ lệ một người nào đó có thể thiệt mạng do bị các mảnh vỡ không gian rơi trúng trong thập kỷ tới cũng không hề thấp.

Tràn ngập rác không gian

Có một số lượng khổng lồ rác thải không gian đang "bao vây" bầu khí quyển Trái Đất. Theo ước tính, có tới hàng trăm nghìn vật thể cực nhỏ, với kích thước khoảng hơn 1 cm quay trở lại bầu khí quyển và rơi xuống Trái đất.

“Mảnh vỡ đó tạo ra 'cơn mưa' liên tục các vật thể quay trở lại Trái đất mà chúng tôi không theo dõi được. Nó quay trở lại trên khắp Trái đất”, Marlon Sorge, giám đốc điều hành của Trung tâm Nghiên cứu mảnh vỡ quỹ đạo và Reentry của Tập đoàn Hàng không Vũ trụ, nói với Astronomy.

Tuy nhiên, “bởi vì những mảnh vỡ này rất nhỏ,” ông nói, “ngay cả khi chúng rơi xuống bề mặt Trái đất, chúng không gây nguy hiểm cho những người trên mặt đất và sẽ không bị chú ý”.

Mặc dù vậy, các mảnh vụn lớn hơn vẫn thường xuyên quay trở lại bầu khí quyển. Theo thống kê, khoảng một tấn mảnh vụn không gian đi vào bầu khí quyển mỗi tuần. Nhưng Sorge nhấn mạnh rằng tỷ lệ đó là trung bình. Điều này có nghĩa, sẽ có những khoảng thời gian "im ắng" – khi số lượng mảnh vỡ kích thước lớn đi vào bầu khí quyển không thực sự đáng kể. Ngược lại, sẽ có những thời điểm, hàng loạt mảnh vỡ lớn sẽ rơi xuống Trái Đất trong một thời gian ngắn.

Tất nhiên, vật thể đi vào bầu khí quyển không có nghĩa là nó sẽ đâm vào bề mặt Trái đất. Theo cơ sở dữ liệu về mảnh vỡ của Aerospace, có tới 60% rác vũ trụ bốc cháy hoàn toàn trong quá trình quay lại bầu khí quyển. Trong số các vật thể vượt qua bầu khí quyển, hầu hết văng xuống đại dương, cách xa các khu vực đông dân cư.

Tuy nhiên, hiện nay có nhiều mảnh vụn không gian trong bầu khí quyển hơn bao giờ hết. Ví dụ, vào năm 2021, hơn 1.900 vật thể không gian đã được ghi nhận và phân loại trong cơ sở dữ liệu của Liên Hợp Quốc. Hầu hết các vật thể không gian này là vệ tinh, vốn ngày càng được sử dụng nhiều hơn để liên lạc và theo dõi thời tiết. May mắn thay, các vệ tinh bây giờ nhỏ hơn so với trước đây, và Sorge nói rằng chúng đang được thiết kế để tạo ra ngày càng ít mảnh vỡ không gian hơn. Nhưng số lượng vệ lớn trên quỹ đạo cũng đồng nghĩa với việc vấn đề về các mảnh vỡ không gian phải được giải quyết.

Xác xuất một ai đó qua đời do bị rơi trúng bởi rác vũ trụ là bao nhiêu?

Khả năng ai đó có thể bị giết bởi một mảnh vỡ không gian từ trên trời rơi xuống là bao nhiêu? Trong một nghiên cứu năm 2022 trên tạp chí Nature Astronomy, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học British Columbia đã đi tìm đáp án.

Họ chuyển sang một cơ sở dữ liệu mở ghi lại thông tin về các vật thể vẫn còn trên quỹ đạo, cũng như những vật thể đã bốc cháy và biến mất khi quay trở lại bầu khí quyển. Họ phát hiện ra rằng trong ba thập kỷ qua, hơn 1.500 bộ phận thân tên lửa đẩy đã quay trở lại bầu khí quyển của chúng ta. Và hơn 70% trong số chúng có quỹ đạo hồi quyển không kiểm soát. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã tính toán xác suất một trong những thân tên lửa này quay trở lại bầu khí quyển (giống như bộ phân của tên lửa Trường Chinh 5B gần đây) và thực sự rơi xuống trúng vào ai đó trên mặt đất. Họ kết luận rằng trong thập kỷ tới, có 10% khả năng thương vong là do các mảnh vỡ không gian rơi xuống.

“Các ước tính của chúng tôi là thận trọng. Nó có lẽ còn tệ hơn thế”, Aaron Boley, một giáo sư tại Đại học British Columbia và là một trong những tác giả của nghiên cứu, cho biết.

Các nhà khoa học không phải lúc nào cũng biết chắc chắn cách một mảnh rác vũ trụ sẽ quay trở lại bầu khí quyển hoặc quỹ đạo của nó, do chúng di chuyển rất lộn xộn và khó đoán.

Chưa kể đến, có rất nhiều yếu tố có thể coi là biến số, ảnh hưởng tới quỹ đạo bay của rác vũ trụ, đơn cử như lực cản không khí mà chúng gặp phải.

Boley nói: “Vấn đề là bạn không biết nó sẽ đi vào đâu cho đến khi theo dõi được một hoặc hai vòng quỹ đạo trước khi nó quay lại bầu khí quyển. Bạn có thể thực hiện các phép đo tốt nhất tuyệt đối của mình, nhưng thực tế là vật thể này đang lộn nhào trong không gian."

Tuy nhiên, các nhà khoa học cho biết có thể xử lý tốt hơn hoặc tránh được hoàn toàn những vụ hồi quyển không được kiểm soát này.

Ví dụ, một số bộ phận được thiết kế để có thể tự tách rời khỏi tên lửa đẩy, và các nhà nghiên cứu nhận thấy quỹ đạo của chúng có thể được dẫn đường gần như chính xác đến các khu vực ít dân cư hơn trên thế giới.

Một nghiên cứu năm 2021 trên tạp chí Advances in Space Research đã kiểm tra các mô hình hồi quyển để xác định cách giảm thiểu rủi ro thương vong, bằng cách xem xét quỹ đạo của một vật thể sau khi nó quay lại bầu khí quyển lần đầu tiên.

Inna Sharf, giáo sư tại Đại học McGill ở Montreal và là một trong những tác giả của nghiên cứu cho biết: “Vị trí mảnh vỡ rơi xuống phụ thuộc rất nhiều vào quỹ đạo mà nó có ở thời điểm bắt đầu thử nghiệm. Các yếu tố quỹ đạo quan trọng bao gồm quỹ đạo tròn như thế nào và nơi nó giao với mặt phẳng xích đạo của Trái đất”

“Theo lý thuyết của chúng tôi, bằng cách tạo cho mảnh vỡ một xung lực nhỏ nhưng kịp thời, chẳng hạn bằng cách gắn và khởi động một động cơ đẩy vào mảnh vỡ trong một khoảng thời gian rất ngắn, chúng ta có thể dễ dàng tác động đến nơi mảnh vỡ rơi xuống Trái đất”,Sharf nói.

Hiện tại, các mảnh vỡ không gian không rơi ở mọi nơi trên bề mặt hành tinh của chúng ta. Chúng thường có xu hướng rơi ở các khu vực thuộc Nam Bán Cầu – trong khi các quốc gia ở Bắc Bán Cầu mới là bên phải chịu trách nhiệm nhiều hơn về các mảnh vỡ.

“Không chỉ cố tình ‘lãng quên’ các bộ phận còn lại của họ trên quỹ đạo, nhiều quốc gia còn không tự mình đáp ứng các quy tắc của chính họ trong các phi vụ phóng tên lửa lên không gian. Ví dụ, hầu hết các vụ phóng tên lửa của Mỹ trong vài thập kỷ qua đã từ bỏ các yêu cầu về việc hồi quyển có kiểm soát”

Do nguy cơ gây ra thiệt hại tương đối nhỏ, điều này đã khiến các tổ chức không gian có sự lỏng lẻo trong việc việc thực hiện các biện pháp phòng ngừa thích hợp.

Nhưng với các tổ chức không gian trên toàn thế giới từng buông lỏng các quy định quản lý, hậu quả sắp tới sẽ rất khó lường. Những tác động từ các vụ phóng tên lửa hay vệ tinh vào không gian sẽ dần tích lũy theo thời gian, đủ để gây ra các tác động nghiêm trọng.

“Các cơ quan vũ trụ có thể nỗ lực nhiều hơn để giảm lượng mảnh vỡ không gian quay trở lại bầu khí quyển. Tên lửa hiện có thể được thiết kế với các động cơ có thể tái sử dụng lại cho phép chúng hồi quyển một cách có kiểm soát”.