Ông Kim Min-gi, trưởng nhóm nghiên cứu thuộc Nhóm Thám hiểm Vũ trụ của Viện Nghiên cứu Hàng không Vũ trụ Hàn Quốc (KARI), giải thích về thiết bị đưa vật thể ra khỏi quỹ đạo để thực hiện chức năng thu gom và loại bỏ rác vũ trụ. (Ảnh: Viện Nghiên cứu Hàng không Vũ trụ Hàn Quốc) 

Bài viết từ Koh Hyunjeong

Rác vũ trụ trôi nổi trên quỹ đạo Trái Đất đang được biết đến như một hiểm họa mới. Các vệ tinh hết hạn sử dụng và mảnh vỡ tên lửa di chuyển với tốc độ hơn 8 km/giây, đe dọa an toàn của tàu vũ trụ và các phi hành gia. Những vụ va chạm với mảnh vỡ không gian từng chỉ xuất hiện trong phim ảnh nay đã trở thành vấn đề trên thực tế.

Theo Cơ quan Hàng không Vũ trụ Hàn Quốc, số lượng rác vũ trụ được xác nhận trong năm ngoái lên tới khoảng 20.000 vật thể. Một số mảnh vỡ rơi trở lại Trái Đất, nhưng phần lớn vẫn tồn tại trên quỹ đạo, làm gia tăng nguy cơ va chạm với các vật thể khác trong không gian. Vấn đề là việc thu gom và loại bỏ chúng đòi hỏi chi phí rất lớn.

Để giải quyết thách thức này, Viện Nghiên cứu Hàng không Vũ trụ Hàn Quốc (KARI) đã xúc tiến tìm ra giải pháp. KARI cho biết đã chế tạo thành công thiết bị đưa vật thể ra khỏi quỹ đạo có khả năng thu gom và loại bỏ lượng rác vũ trụ ngày càng gia tăng ở quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất, và đã hoàn tất thử nghiệm trình diễn trên mặt đất. Điểm cốt lõi của công nghệ này là hệ thống tách rời. Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc hai phần, gồm vệ tinh thu gom rác vũ trụ và thiết bị thực hiện nhiệm vụ đưa các vật thể rời khỏi quỹ đạo.

Với phương pháp xử lý mảnh vỡ không gian hiện tại, vệ tinh thu dọn sẽ gom rác vũ trụ rồi cùng đi vào khí quyển để bị đốt cháy và tiêu hủy. Tuy nhiên, cách làm này có nhược điểm lớn là phải sử dụng các vệ tinh có giá trị cao cho một lần làm nhiệm vụ duy nhất, khiến hiệu quả kinh tế rất thấp.

KARI đã tìm ra giải pháp mang tính đột phá cho vấn đề này bằng cách ghép nhiều thiết bị đưa vật thể ra khỏi quỹ đạo cỡ nhỏ vào một vệ tinh thu gom rác vũ trụ. Với thiết kế này, vệ tinh thu gom vẫn ở lại trên quỹ đạo để có thể được sử dụng nhiều lần, trong khi mỗi thiết bị riêng lẻ sẽ bám vào một mảnh rác vũ trụ và đảm nhiệm việc loại bỏ vật thể đó. KARI cho biết phương thức này giúp nâng cao đáng kể khả năng tái sử dụng cũng như hiệu quả kinh tế của hệ thống.

Toàn cảnh thiết bị đưa vật thể ra khỏi quỹ đạo đang được thử nghiệm tại Phòng thử nghiệm phóng thuộc Khu Thử nghiệm Vệ tinh của Viện Nghiên cứu Hàng không Vũ trụ Hàn Quốc. (Ảnh: Viện Nghiên cứu Hàng không Vũ trụ Hàn Quốc) 

Thiết bị đưa vật thể ra khỏi quỹ đạo vừa được sáng chế có kích thước chỉ tương đương một nồi cơm điện. Tuy nhỏ gọn, nhưng cơ chế hoạt động của nó khá tinh vi. Đầu tiên, một miếng dính sẽ bám vào mảnh rác vũ trụ để kéo vật thể về phía thiết bị. Sau đó, bốn kẹp giữ (gripper) sẽ cố định mảnh rác. Cánh buồm cản khí quyển (Drag Sail) sẽ căng ra theo bốn hướng. Mặc dù phần thân thiết bị khá nhỏ, diện tích của cánh buồm sau khi mở căng có thể đạt khoảng 25m².

Cánh buồm cản khí quyển này hoạt động bằng năng lượng đàn hồi, không cần động cơ đẩy hay nguồn điện riêng. Khi cánh buồm mở ra, một lực cản được tạo ra thông qua ma sát với các phân tử khí cực loãng tồn tại ở quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất. Lực cản này làm giảm dần tốc độ của mảnh rác vũ trụ, khiến quỹ đạo của nó ngày càng hạ thấp. Cuối cùng, vật thể sẽ được đưa trở lại vào khí quyển và bị đốt cháy hoàn toàn. Đây chính là nguyên lý hoạt động của công nghệ đưa vật thể ra khỏi quỹ đạo (De-orbiting).

Trước khi đưa vào ứng dụng trong môi trường không gian thực tế, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc trình diễn ba chức năng cốt lõi của hệ thống gồm kéo, thu giữ và mở cánh buồm cản khí quyển. Đặc biệt, kết quả thử nghiệm đã chứng minh rằng việc loại bỏ rác vũ trụ vẫn có thể được thực hiện bằng phương thức gần như không cần năng lượng, nhờ giảm thiểu tối đa việc sử dụng các thiết bị truyền động điện.

Công nghệ này không chỉ được ứng dụng trong việc loại bỏ rác vũ trụ mà còn có tiềm năng sử dụng trong nhiều lĩnh vực hàng không vũ trụ khác, như tiếp cận và ghép nối trên quỹ đạo (rendezvous & docking) hay đẩy bằng buồm Mặt Trời cho các sứ mệnh thám hiểm không gian sâu.

Ông Kim Min-gi, trưởng nhóm nghiên cứu của Viện Nghiên cứu Hàng không Vũ trụ Hàn Quốc (KARI), cho biết: “Trong bối cảnh lượng rác vũ trụ xung quanh Trái Đất không ngừng gia tăng, nghiên cứu lần này là một thành tựu có ý nghĩa khi đã chứng minh được tiềm năng của công nghệ loại bỏ rác vũ trụ mới, vừa bảo đảm khả năng tái sử dụng vừa nâng cao hiệu quả kinh tế.”

hjkoh@korea.kr