Trong những năm qua, cơ sở hạ tầng không gian phát triển đã hỗ trợ chúng ta trong những nỗ lực giải quyết các vấn đề mới và đang diễn ra gồm biến đổi khí hậu, an ninh năng lượng, giảm nhẹ rủi ro thiên tai, giáo dục, đói nghèo và sức khỏe toàn cầu. Thực tế cho thấy chúng ta đã sử dụng rất hữu ích “tấm gương” của Stuhlinger để đối mặt với những thách thức to lớn của xã hội.Tuy nhiên, đáng buồn thay, môi trường không gian đang ngày càng phải hứng chịu hậu quả từ sự phụ thuộc ngày càng tăng của con người vào hệ thống vệ tinh cũng như quan niệm lâu đời rằng “vũ trụ vô cùng rộng lớn”.
Kể từ khi bắt đầu kỷ nguyên không gian đến nay, hơn 5.000 vụ phóng đã được thực hiện, mang theo các vệ tinh quan sát Trái đất, vệ tinh viễn thông… làm cho không gian trên vũ trụ ngày càng trở nên cạnh tranh và chật chội. Vấn đề này đã được đề cập đến trong bộ phim tài liệu BBC Horizon của BBC Two.
Hiện nay, Mạng lưới Giám sát Không gian Hoa Kỳ (US Space Surveillance Network) đang theo dõi hàng chục nghìn vật thể có kích thước lớn hơn quả bóng tennis bay trên quỹ đạo và họ nghi ngờ có trên một trăm triệu vật thể có kích thước lớn hơn 1 mm trong không gian. Do có tốc độ trên quỹ đạo vô cùng lớn (17.000 dặm/h, tương đương hơn 27.000 km/h), mỗi vật thể này đều có khả năng gây thiệt hại hoặc phá hủy các vệ tinh mà hiện chúng ta đang phụ thuộc hang ngày.
Cảnh báo đỏ (Red Conjunction)
Có thể vấn đề rác vũ trụ được thể hiện rõ nhất qua những lần thực hiện điều chỉnh của Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) để tránh các va chạm đang diễn ra thường xuyên hơn và nhu cầu ngày càng tăng về mức độ thường xuyên và báo động của các phi hành gia đang sống trên Trạm về “nơi trú ẩn tại chỗ” (shelter-in-place) khi một mảnh rác bị phát hiện quá muộn để có thể thực hiện kế hoạch dịch chuyển. Các hệ thống cung cấp sự sống trên ISS cũng đồng thời chịu trách nhiệm về chính mức độ dễ bị tổn thương đặc biệt của ISS đối với tác động từ rác vũ trụ – một module điều áp trong chân không sẽ hoạt động như một quả bong bóng nếu bị thủng.
“Cảnh báo đỏ” (red conjunction) được quy định là khi có một mẩu rác vũ trụ tiến đến vùng đủ gần để gây nguy hiểm cho trạm Vũ trụ. Lần “cảnh báo đỏ” gần đây nhất diễn ra ngày 17/7/2015 khi một mảnh vỡ từ vệ tinh của Nga đi vào vùng nguy hiểm là một dẫn chứng khác cho mối đe dọa ngày càng tăng từ rác vũ trụ. Nhờ có bộ phim nổi tiếng Gravity với diễn xuất được đề cử giải Oscar của diễn viên Sandra Bullock, chúng ta có thể cảm nhận được nỗi lo sợ của các phi hành gia trên ISS mỗi khi nhận được “cảnh báo đỏ”.
Mặc dù trạm Vũ trụ hoạt động trên quỹ đạo ở độ cao có lượng rác vũ trụtương đối thấp nhưng vẫn xảy ra các sự cố như trên. Ở độ cao cao hơn, lượng rác vũ trụ lớn hơn rất nhiều, nhưng chỉ có các thiết bị thám hiểm không gian tự động hoạt động trên quỹ đạo này. Tuy nhiên những vệ tinh này lại là một trong những thiết bị giá trị nhất để chúng ta hiểu biết hơn về Trái đất. Chính sự chật chội trên không gian này lại tạo cơ hội cho rác vũ trụ tự duy trì (self-sustaining). Tức là, lượng rác vũ trụ tạo ra từ các vụ va chạm nhiều hơn lượng tự phân hủy do ma sát khi rơi vào bầu khí quyển. Thực tế, chúng ta đã biết điều này qua một số sự kiện như tháng 2/2009 hai vệ tinh nhỏ va chạm trên vùng Siberia tạo ra khoảng 2.000 mảnh vỡ mới có thể theo dõi được, và rất nhiều trong số đó hiện vẫn nằm trên quỹ đạo và thường xuyên đi đến gần các vệ tinh khác.
Rác vũ trụ nhìn từ quỹ đạo địa tĩnh (geosynchronous orbit – GEO). Hai trường rác vũ trụ chính là vành đai vật thể trên GEO và đám mây vật thể trên quỹ đạo Trái đất thấp (low Earth orbit – LEO) (Nguồn: Wikipedia)
Hiệu ứng Kessler (Kessler Syndrome)
Bộ phim Gravity còn cho ta thấy hiện tượng tự duy trì các hoạt động va chạm. Hiện tượng này được gọi là “hiệu ứng Kessler” được nhà khoa học của NASA, Don Kessler (hiện giờ đã nghỉ hưu) phát hiện và mô tả quá trình xảy ra hiện tượng này cùng với Burton Cour-Palais năm 1978, kịch bản tương tự là khả năng thực có thể xảy ra dù thường bị phóng đại.
Mối lo ngại về việc tăng không thể kiểm soát lượng rác vũ trụ và việc mất các vệ tinh quan trọng giúp chúng ta giải quyết các vấn đề xã hội đã nhắc nhở các nhà khoa học tìm cách loại bỏ rác trong vũ trụ. Nếu chúng ta có thể loại bỏ rác có nguy cơ gây hại thì chúng ta có thể trì hoãn thậm chí là ngăn ngừa hiệu ứng Kessler.
Tuy nhiên, đây không phải là một nhiệm vụ dễ dàng, đòi hỏi công nghệ mới, có thể là cả luật mới và quan trọng là đầu tư tài chính. Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đang dẫn đầu trong lĩnh vực này, thực hiện chương trình mang tên “e.Deorbit” với mục tiêu đưa một vệ tinh lớn của châu Âu ra khỏi vũ trụ. Đây là một chương trình đầy tham vọng, rất nhiều kỹ thuật đã được xây dựng và đánh giá, trong đó có cả giải pháp dùng cây lao móc được đề xuất bởi các kỹ sư người Anh thuộc Công ty Airbus Defence and Space. Chương trình này không phải không mang tính rủi ro nhưng kết quả thành công chắc chắn sẽ cho cả thế giới thấy một giải pháp công nghệ cho vấn đề rác vũ trụ thực sự tồn tại, ngay cả khi các vấn đề chính trị, pháp luật và tài chính chưa được giải quyết. Chương trình e.Deorbit sẽ phải đối mặt với trở ngại quan trọng trong năm 2016, đó là việc đánh giá yêu cầu hệ thống và quyết định phê duyệt (tài trợ kinh phí) tiến hành chương trình tại Hội nghị Hội đồng Bộ trưởng ESA.
Vệ tinh nhỏ có phải là tương lai?
Trái ngược với bối cảnh vấn đề rác vũ trụ ngày càng tăng, giai đoạn phục hồi trong ngành vũ trụ lại đang diễn ra; lĩnh vực mà trước đây là phạm vi hoạt động chính của các chính phủ và các cơ quan hàng không vũ trụ với hàng loạt vệ tinh lớn trị giá hàng tỉ đô hiện lại đang trở thành ngành công nghiệp mới nổi để tiến hiện cách mạng hóa trong việc sử dụng không gian.
Các công ty nhỏ và mới thành lập nói riêng đang cho thấy ngân sách ít không đồng nghĩa với tham vọng nhỏ. Ví dụ như Phòng thí nghiệm Planet (Planet Labs) tại San Francisco đang sử dụng “cubesats” để định nghĩa lại thị trường ảnh vệ tinh quan sát Trái đất. Vệ tinh Dove của họ có kích thước nhỏ hơn chiếc cặp tài liệu nhưng lại có khả năng cung cấp hình ảnh Trái đất có độ phân giải cao phục vụ nhiều mục đích.
Các kế hoạch phát triển nhiều chùm vệ tinh nhỏ, chi phí thấp của các công ty khác trong đó có SpaceX và OneWeb đã gây nên mối quan ngại trong các cơ quan hàng không vũ trụ về hậu quả lâu dài của việc thương mại hóa không gian nhanh chóng và rộng khắp. Đặc biệt, các mối quan ngại này tập trung vào sự gia tăng đột biến về số lượng vệ tinh quay quanh Trái đất có thể làm tăng đáng kể nhu cầu thực hiện tránh né các vụ va chạm và đẩy nhanh khởi đầu cho hiệu ứng Kessker.
Có khoảng 17.000 vật thể trên quỹ đạo Trái đất hiện đang được theo dõi, chỉ có 7% con số này là vệ tinh đang thực sự hoạt động (Nguồn: ESA)
Vấn đề siêu nguy hiểm
Năm 2014, Brian Weedon, cố vấn kỹ thuật cho Quỹ An ninh Thế Giới (Secure World Foundation), đã mô tả rác vũ trụ là “vấn đề siêu nguy hiểm” (super wicked problem). Brian giải thích các vấn đề này đang đặc biệt rất khó giải quyết vì thời gian không còn nhiều, không có cơ quan có thẩm quyền nào có thể hướng dẫn hoặc hỗ trợ, chính những người tìm kiếm các giải pháp lại đồng thời chính là những người tạo ra vấn đề, và do vậy việc tìm kiếm giải pháp lại được để lại cho các thế hệ sau.
Bước quan trọng đầu tiên trong việc giải quyết vấn đề siêu nguy hiểm này là mở rộng các nhóm đối tượng ủng hộ các biện pháp giảm nhẹ rủi ro. Thực tế là đang có những dấu hiệu đáng khích lệ rằng các nhóm đối tượng cả cũ và mới trong lĩnh vực không gian vũ trụ này đều hiểu được sự cần thiết phải giảm thiểu tác động tiêu cực của chính các hoạt động của họ trong không gian và hạn chế hậu quả cho những người sử dụng không gian khác.
Một số công ty trong đó có Planet Labs và OneWeb đã khẳng định cam kết của mình trong việc giải quyết vấn đề rác vũ trụ trong phạm vi cộng đồng. Tuy nhiên còn rất nhiều việc phải làm để hiểu một cách đầy đủ về vấn đề này, phát triển công nghệ (như e.Deorbit), loại bỏ các rào cản luật pháp, chính trị và nâng cao nhận thức. Hiệu ứng Kessler vẫn là mối đe dọa luôn hiện diện.
Kỷ nguyên không gian đã mang lại nhiều giải pháp toàn cầu cho một số thách thức lớn của xã hội như lời Ernst Stuhlinger đã viết trong thư trả lời Sister Mary Jucunda. Tuy nhiên, đó cũng đồng thời là một tấm gương phản chiếu cho chúng ta thấy việc tiếp tục coi nhẹ môi trường không gian chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến khả năng thực hiện các giải pháp đó với hậu quả có thể ảnh hưởng tới hàng triệu người.
