From Beijing with Love
Cháu đã lớn thế này rồi à. Lại đây chú ôm cái coi.
Vào ngày 11 tháng 7 năm 2024, khi tầng thứ hai của tên lửa Falcon 9 của SpaceX không đạt được quỹ đạo đủ cao, 20 vệ tinh Starlink được phóng lên đã rơi vào tình trạng không thể cứu vãn. Chỉ trong vài ngày, chúng đã lao ngược trở lại bầu khí quyển Trái Đất, bốc cháy và tạo ra những “cơn mưa sao băng nhân tạo”. Dù sự kết thúc sớm của 20 vệ tinh này là ngoài ý muốn, việc đưa vệ tinh trở lại bầu khí quyển để tiêu hủy (deorbit) lại là phương pháp được ưa chuộng nhằm xử lý các tàu vũ trụ hết vòng đời, tránh để chúng trôi nổi thành rác vũ trụ. Tuy nhiên, với kế hoạch thương mại triển khai hàng chục nghìn vệ tinh trong các siêu chòm sao (megaconstellations), các nhà nghiên cứu bắt đầu lo ngại về tác động lâu dài lên bầu khí quyển, đặc biệt là tầng bình lưu.
SpaceX hiện dẫn đầu xu hướng này với hơn 6.000 vệ tinh Starlink đang hoạt động, chiếm gần 2/3 tổng số vệ tinh trên quỹ đạo, cung cấp internet toàn cầu cho lượng khách hàng ngày càng tăng. Công ty đã xin phép phóng thêm 30.000 vệ tinh, trong khi Amazon đang phát triển chòm sao Kuiper với 3.200 vệ tinh, và Trung Quốc dự kiến phóng lô đầu tiên của chòm sao 12.000 vệ tinh vào tháng 8 năm 2025. Nếu các kế hoạch này thành công, ước tính mỗi năm sẽ có gần 10.000 vệ tinh được tiêu hủy, dựa trên vòng đời trung bình 5 năm của chúng. Điều này đặt ra câu hỏi: Liệu việc đốt cháy hàng loạt vệ tinh trong bầu khí quyển có gây ra hậu quả môi trường nghiêm trọng?
Theo nhà hóa học khí quyển Daniel Murphy từ Phòng thí nghiệm Khoa học Hóa học của NOAA, vấn đề này chưa được quan tâm đúng mức. Ông cảnh báo: “Hầu như không ai nghĩ đến tác động môi trường lên tầng bình lưu. Tốt hơn là chúng ta nên hiểu rõ ngay bây giờ, thay vì đợi đến khi mọi thứ trở nên nghiêm trọng hơn.” Trước đây, với chỉ vài trăm vệ tinh được tiêu hủy mỗi năm, tầng bình lưu – trải dài từ 10 đến 50 km trên bề mặt Trái Đất – dường như đủ rộng lớn để hấp thụ tác động. Nhưng sự bùng nổ của các siêu chòm sao đã thay đổi hoàn toàn bức tranh.
Nghiên cứu năm 2021 của Leonard Schulz từ Đại học Kỹ thuật Braunschweig cho thấy hiện tại, khối lượng từ các vụ tiêu hủy vệ tinh chỉ chiếm 3% so với lượng sao băng tự nhiên (shooting stars) rơi vào khí quyển. Tuy nhiên, nếu số lượng vệ tinh đạt 75.000, khối lượng nhân tạo sẽ tăng lên 40% so với sao băng. Vì vệ tinh lớn hơn và cháy chậm hơn sao băng, chúng có thể làm tăng gần gấp đôi lượng hạt aerosol (kích thước dưới 1 micromet) trong tầng bình lưu so với mức tự nhiên. Schulz nhấn mạnh: “Chúng ta không nên biến bầu khí quyển thành một thí nghiệm không kiểm soát.”
Năm 2023, Murphy và đồng nghiệp đã cung cấp bằng chứng trực tiếp đầu tiên về sự thay đổi thành phần hóa học của tầng bình lưu do vệ tinh. Dữ liệu từ máy bay NASA WB-57, bay ở độ cao 19 km từ Alaska, cho thấy các giọt axit sulfuric nhỏ chứa 20 nguyên tố khác nhau – như lithium, nhôm, đồng và chì – với tỷ lệ phù hợp với hợp kim dùng trong vệ tinh và tên lửa, vượt xa mức đóng góp từ sao băng. Đặc biệt, nhôm – thành phần chính của vệ tinh – gây lo ngại lớn nhất. Khi cháy, nhôm có thể tạo ra oxit nhôm hoặc hydroxit nhôm, phản ứng với hydro clorua trong tầng bình lưu để sản sinh nhôm clorua. Không giống hydro clorua (một “kho chứa” an toàn cho clo), nhôm clorua dễ bị ánh sáng phân hủy, giải phóng clo tự do – nguyên tố phá hủy tầng ozone. Ngoài ra, các hạt aerosol kim loại còn có thể thúc đẩy hình thành mây tầng bình lưu cực, làm tăng phản ứng giải phóng clo phá hủy ozone.
Tháng trước, José Ferreira, kỹ sư hàng không vũ trụ tại Đại học Nam California, đã công bố mô phỏng về quá trình nhôm từ vệ tinh cháy trong khí quyển. Ông ước tính một vệ tinh 250 kg tạo ra khoảng 30 kg hạt nano oxit nhôm khi tiêu hủy. Với 2.000 vụ deorbit trong năm 2022, tổng cộng 17 tấn nhôm đã được đưa vào khí quyển – tăng 30% so với nguồn tự nhiên. Trong kịch bản siêu chòm sao, con số này có thể lên tới 360 tấn mỗi năm. Dù Ferreira chưa tính toán lượng ozone bị phá hủy, ông kêu gọi ngành công nghiệp xem xét sử dụng vật liệu thay thế hoặc kéo dài tuổi thọ vệ tinh thông qua bảo trì và tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo.
John Plane, nhà hóa học khí quyển tại Đại học Leeds, cho rằng vẫn còn nhiều điều chưa rõ. “Chúng ta có thể suy đoán, nhưng không có các phép đo hóa học trong phòng thí nghiệm, rất khó để biết chính xác tác động.” Minkwan Kim từ Đại học Southampton, với dự án do Cơ quan Vũ trụ Anh tài trợ, cũng đang tìm cách lấp đầy khoảng trống kiến thức này để đưa ra hướng dẫn cho ngành công nghiệp và cơ quan quản lý.
Adam Mitchell từ Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) đề xuất chuyển sang “kinh tế tuần hoàn trong không gian”, bao gồm tái sử dụng, sửa chữa, tái chế và sản xuất trong quỹ đạo để giảm thiểu deorbit. Pierre Lionnet từ ASD Eurospace nhận định ngành công nghiệp chỉ mới nhận thức vấn đề khi số lượng vệ tinh tăng vọt, đặc biệt từ SpaceX. Ông đặt câu hỏi liệu các kế hoạch của SpaceX có tạo ra vấn đề lớn trong 30 năm tới, trong khi châu Âu – với chòm sao OneWeb chỉ 650 vệ tinh – ít chịu áp lực hơn.
Samantha Lawler, nhà thiên văn học tại Đại học Regina, bày tỏ sự thất vọng khi vệ tinh Starlink không chỉ cản trở quan sát thiên văn mà mảnh vỡ từ tên lửa SpaceX còn rơi gần nhà cô ở Saskatchewan. “Có quá nhiều thứ trên quỹ đạo. Chúng ta không thể tiếp tục coi mặt đất và khí quyển như bãi rác,” cô nói.
SpaceX hiện dẫn đầu xu hướng này với hơn 6.000 vệ tinh Starlink đang hoạt động, chiếm gần 2/3 tổng số vệ tinh trên quỹ đạo, cung cấp internet toàn cầu cho lượng khách hàng ngày càng tăng. Công ty đã xin phép phóng thêm 30.000 vệ tinh, trong khi Amazon đang phát triển chòm sao Kuiper với 3.200 vệ tinh, và Trung Quốc dự kiến phóng lô đầu tiên của chòm sao 12.000 vệ tinh vào tháng 8 năm 2025. Nếu các kế hoạch này thành công, ước tính mỗi năm sẽ có gần 10.000 vệ tinh được tiêu hủy, dựa trên vòng đời trung bình 5 năm của chúng. Điều này đặt ra câu hỏi: Liệu việc đốt cháy hàng loạt vệ tinh trong bầu khí quyển có gây ra hậu quả môi trường nghiêm trọng?
Theo nhà hóa học khí quyển Daniel Murphy từ Phòng thí nghiệm Khoa học Hóa học của NOAA, vấn đề này chưa được quan tâm đúng mức. Ông cảnh báo: “Hầu như không ai nghĩ đến tác động môi trường lên tầng bình lưu. Tốt hơn là chúng ta nên hiểu rõ ngay bây giờ, thay vì đợi đến khi mọi thứ trở nên nghiêm trọng hơn.” Trước đây, với chỉ vài trăm vệ tinh được tiêu hủy mỗi năm, tầng bình lưu – trải dài từ 10 đến 50 km trên bề mặt Trái Đất – dường như đủ rộng lớn để hấp thụ tác động. Nhưng sự bùng nổ của các siêu chòm sao đã thay đổi hoàn toàn bức tranh.
Nghiên cứu năm 2021 của Leonard Schulz từ Đại học Kỹ thuật Braunschweig cho thấy hiện tại, khối lượng từ các vụ tiêu hủy vệ tinh chỉ chiếm 3% so với lượng sao băng tự nhiên (shooting stars) rơi vào khí quyển. Tuy nhiên, nếu số lượng vệ tinh đạt 75.000, khối lượng nhân tạo sẽ tăng lên 40% so với sao băng. Vì vệ tinh lớn hơn và cháy chậm hơn sao băng, chúng có thể làm tăng gần gấp đôi lượng hạt aerosol (kích thước dưới 1 micromet) trong tầng bình lưu so với mức tự nhiên. Schulz nhấn mạnh: “Chúng ta không nên biến bầu khí quyển thành một thí nghiệm không kiểm soát.”
Năm 2023, Murphy và đồng nghiệp đã cung cấp bằng chứng trực tiếp đầu tiên về sự thay đổi thành phần hóa học của tầng bình lưu do vệ tinh. Dữ liệu từ máy bay NASA WB-57, bay ở độ cao 19 km từ Alaska, cho thấy các giọt axit sulfuric nhỏ chứa 20 nguyên tố khác nhau – như lithium, nhôm, đồng và chì – với tỷ lệ phù hợp với hợp kim dùng trong vệ tinh và tên lửa, vượt xa mức đóng góp từ sao băng. Đặc biệt, nhôm – thành phần chính của vệ tinh – gây lo ngại lớn nhất. Khi cháy, nhôm có thể tạo ra oxit nhôm hoặc hydroxit nhôm, phản ứng với hydro clorua trong tầng bình lưu để sản sinh nhôm clorua. Không giống hydro clorua (một “kho chứa” an toàn cho clo), nhôm clorua dễ bị ánh sáng phân hủy, giải phóng clo tự do – nguyên tố phá hủy tầng ozone. Ngoài ra, các hạt aerosol kim loại còn có thể thúc đẩy hình thành mây tầng bình lưu cực, làm tăng phản ứng giải phóng clo phá hủy ozone.
Tháng trước, José Ferreira, kỹ sư hàng không vũ trụ tại Đại học Nam California, đã công bố mô phỏng về quá trình nhôm từ vệ tinh cháy trong khí quyển. Ông ước tính một vệ tinh 250 kg tạo ra khoảng 30 kg hạt nano oxit nhôm khi tiêu hủy. Với 2.000 vụ deorbit trong năm 2022, tổng cộng 17 tấn nhôm đã được đưa vào khí quyển – tăng 30% so với nguồn tự nhiên. Trong kịch bản siêu chòm sao, con số này có thể lên tới 360 tấn mỗi năm. Dù Ferreira chưa tính toán lượng ozone bị phá hủy, ông kêu gọi ngành công nghiệp xem xét sử dụng vật liệu thay thế hoặc kéo dài tuổi thọ vệ tinh thông qua bảo trì và tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo.
John Plane, nhà hóa học khí quyển tại Đại học Leeds, cho rằng vẫn còn nhiều điều chưa rõ. “Chúng ta có thể suy đoán, nhưng không có các phép đo hóa học trong phòng thí nghiệm, rất khó để biết chính xác tác động.” Minkwan Kim từ Đại học Southampton, với dự án do Cơ quan Vũ trụ Anh tài trợ, cũng đang tìm cách lấp đầy khoảng trống kiến thức này để đưa ra hướng dẫn cho ngành công nghiệp và cơ quan quản lý.
Adam Mitchell từ Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) đề xuất chuyển sang “kinh tế tuần hoàn trong không gian”, bao gồm tái sử dụng, sửa chữa, tái chế và sản xuất trong quỹ đạo để giảm thiểu deorbit. Pierre Lionnet từ ASD Eurospace nhận định ngành công nghiệp chỉ mới nhận thức vấn đề khi số lượng vệ tinh tăng vọt, đặc biệt từ SpaceX. Ông đặt câu hỏi liệu các kế hoạch của SpaceX có tạo ra vấn đề lớn trong 30 năm tới, trong khi châu Âu – với chòm sao OneWeb chỉ 650 vệ tinh – ít chịu áp lực hơn.
Samantha Lawler, nhà thiên văn học tại Đại học Regina, bày tỏ sự thất vọng khi vệ tinh Starlink không chỉ cản trở quan sát thiên văn mà mảnh vỡ từ tên lửa SpaceX còn rơi gần nhà cô ở Saskatchewan. “Có quá nhiều thứ trên quỹ đạo. Chúng ta không thể tiếp tục coi mặt đất và khí quyển như bãi rác,” cô nói.
