Nền kinh tế không gian rất lớn, nhưng một trong những thách thức lớn nhất lại đến từ những thứ tưởng chừng như rất nhỏ: rác thải không gian. Một cách ví von, nếu rác thải trên trái đất không được xử lý có thể gây thảm họa môi trường khiến cho một lúc nào đó con người không thể sinh sống được, thì trên không gian cũng thế, nếu rác thải không được dọn dẹp, sẽ tới lúc con người không còn có thể sử dụng không gian, nhất là ở vùng không gian gần trái đất.

Mọi người thường nghĩ không gian rất rộng và trống trải, nhưng thực ra, môi trường gần Trái Đất đang ngày càng trở nên chật chội với rác thải.

“Ô nhiễm” quỹ đạo tầm thấp ngày càng gia tăng

Hiện nay, số lượng vật thể được đưa vào quỹ đạo nhiều hơn bất kỳ thời điểm nào trong lịch sử, và điều này làm tăng khả năng va chạm giữa các vệ tinh và rác thải không gian hiện có. Cần lưu ý rằng va chạm với một vật thể có kích thước nhỏ như một đồng xu cũng có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng.

Nền kinh tế không gian cần hành vi có trách nhiệm: Minh họa trong ảnh cho thấy 2.700 vệ tinh đang chia sẻ quỹ đạo với 8.800 tấn rác không gian, bao gồm 1.950 tầng đẩy tên lửa bị bỏ và không quay lại khí quyền, 2.850 vệ tinh hết thời hạn sử dụng, 21.000 vật thể và mảnh vỡ, 34.000 mảnh vỡ lớn hơn 10cm, 900.000 mảnh có kích thước từ 1 đến 10cm, 128 triệu mảnh nhỏ hơn 1cm. Ảnh: Cơ quan Không gian Châu Âu – ESA

Rác thải này bao gồm các tên lửa tàu vũ trụ không còn hoạt động, thiết bị bị bỏ lại và các mảnh vỡ từ các chuyến bay. Với tốc độ di chuyển lên đến hơn 28.000 km/giờ, ngay cả một mảnh vụn nhỏ hay thậm chí một giọt sơn cũng có thể gây thiệt hại cho vệ tinh hoặc tàu vũ trụ.

Cơ quan Hàng không Vũ trụ Quốc gia Hoa Kỳ (NASA) cho biết trung bình mỗi ngày có một mảnh vỡ rơi trở lại Trái Đất trong suốt 50 năm qua. Tuy nhiên, các mảnh vỡ chủ yếu rơi xuống các đại dương hoặc vùng không có người sinh sống, và chưa có bất kỳ trường hợp chấn thương nghiêm trọng hoặc thiệt hại đáng kể nào đối với con người hay tài sản được ghi nhận. Nhưng đó là câu chuyện hiện nay, còn tương lai có thể sẽ rất khác.

Với sự gia tăng hoạt động trong không gian, rác thải đang trở thành mối đe dọa ngày càng lớn đối với quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO), khu vực dễ tiếp cận nhất trong không gian. Có thể có tới 170 triệu mảnh rác thải trong quỹ đạo, và phần lớn là quá nhỏ không thể theo dõi do giới hạn của công nghệ hiện tại.

Trong số 55.000 mảnh rác thải mà chúng ta có thể theo dõi, hơn 27.000 vật thể như các bộ đẩy tên lửa đã hết hạn sử dụng, các vệ tinh hoạt động, và vệ tinh đã chết được giám sát bởi Mạng lưới Giám sát Không gian Toàn cầu của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (SSN).

Ảnh minh họa về rác thải trong không gian. Ảnh: mckinsey.com

Do tốc độ di chuyển cao của các vật thể trong LEO, ngay cả một vật thể nhỏ như quả bóng bàn cũng có thể gây thiệt hại đáng kể hoặc phá vỡ hoàn toàn cơ sở hạ tầng hiện có, tạo ra nhiều mảnh vỡ khác. Cụ thể, hai mảnh vỡ nhỏ nếu va chạm vào nhau với tốc độ khoảng 28.000km/giờ, chúng sẽ tạo ra hàng ngàn mảnh vụn nhỏ hơn, có thể dẫn đến nguy cơ Hội chứng Kessler, trong đó các mảnh vỡ hiện có tạo ra chuỗi vụn tự sinh liên tục trong quỹ đạo, khiến cho quỹ đão không còn an toàn cho vệ tinh nữa.

Rác thải mặt trăng

Ô nhiễm mặt trăng và quỹ đạo mặt trăng do rác thải cũng là một vấn nạn lớn, nhất là trong các thập kỷ tới khi nhu cầu thám hiểm mặt trăng ngày càng tăng.

Trong thập kỷ tới, dự kiến có tới 100 chuyến bay lên Mặt Trăng được thực hiện bởi các chính phủ và các công ty tư nhân như SpaceX và Blue Origin. Tất cả các hoạt động này tạo ra các mối nguy rác thải.

Con người đã để lại rất nhiều rác trên Mặt Trăng, bao gồm các mảnh vỡ của tàu vũ trụ như tên lửa đẩy từ hơn 50 lần hạ cánh thất bại, gần 100 túi chất thải của con người và các vật dụng khác như một chiếc lông vũ, bóng golf và giảy. Một chuyến đáp xuống mặt trăng thất bại của Nga năm nay để lại một khối rác thải lớn là một trường hợp điển hình. Tổng cộng có khoảng 200 tấn rác thải của con người trên mặt trăng.

Vì không ai sở hữu Mặt Trăng, không ai chịu trách nhiệm giữ cho nó sạch sẽ và ngăn nắp.

Hiệp ước Không Gian Ngoài của Liên Hợp Quốc năm 1967 quy định rằng không quốc gia nào có thể “sở hữu” Mặt Trăng hoặc bất kỳ phần nào của nó, và các thiên thể chỉ nên được sử dụng cho các mục đích hòa bình. Tuy nhiên, hiệp ước không nói gì về cách các tài nguyên trong không gian được phép hoặc không được phép sử dụng.

Giải pháp đối phó

Tỷ lệ phóng tên lửa hiện nay cao gấp 10 lần so với 10 năm trước, nhưng việc tuân thủ các hướng dẫn giảm thiểu rác thải không gian chưa bắt kịp. Ngay cả khi chúng ta ngừng phóng các chuyến bay mới ngay hôm nay, thì với giả định rằng các mảnh vỡ lớn hơn sẽ tiếp tục vỡ ra với tốc độ 4-5 lần mỗi năm, số lượng các mảnh vỡ trong quỹ đạo sẽ vẫn tiếp tục tăng.

Các nghiên cứu của Cơ quan Không gian Châu Âu (ESA) – chẳng hạn như Báo cáo Môi trường Không gian Hàng năm – cho thấy việc tiếp tục hành vi hiện tại có thể dẫn đến việc một số khu vực quỹ đạo trở nên không sử dụng được do mật độ rác thải không gian cao, được gọi là “hội chứng Kessler”. Hội chứng này được đặt theo tên của nhà khoa học NASA, Donald Kessler, người đã mô tả vào năm 1978 một kịch bản mà các vụ va chạm giữa các mảnh vỡ trong quỹ đạo tạo ra nhiều mảnh vỡ hơn, và số lượng mảnh vỡ tăng theo cấp số nhân, có thể khiến quỹ đạo gần Trái Đất trở nên không thể sử dụng được, như đã nêu ở trên.

Các nỗ lực công nghệ để hạn chế rác thải hiện nay bao gồm việc chế tạo các tên lửa tái sử dụng nhiều lần, và các vệ tinh có thể điều khiển né tránh va chạm. Ví dụ, Trạm Vũ trụ Quốc tế đã hai lần trong vòng một tháng thực hiện thao tác né tránh trong quỹ đạo để tránh các mảnh vỡ. Ngoài ra, để đáp ứng nhu cầu làm sạch không gian, các ngành công nghiệp đã phát triển các công nghệ dọn dẹp rác thải như bắn laser từ mặt đất, tàu kéo không gian, và laser không gian.

Tuy nhiên, chưa bao giờ có một phân tích đầy đủ về chi phí-lợi ích của các phương pháp dọn dẹp rác thải dù đã có dữ liệu rõ ràng về số lượng vật thể trong không gian. Chính sách chưa theo kịp sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp không gian mới nổi, trong khi các ngành công nghiệp cũng do dự trong việc sử dụng và triển khai hiệu quả các công nghệ mới do chi phí chưa rõ ràng.

NASA gần đây đã đưa ra bản phân tích tài chính, nêu ra chi phí cho công nghệ và thời gian để thu hồi chi phí, giúp các ngành công nghiệp có cái nhìn rõ hơn về cách triển khai công nghệ mới một cách hiệu quả.

Để tạo ra báo cáo này, các nhà khoa học NASA đã tạo ra một mô hình xác định các rủi ro kinh tế mà rác thải không gian gây ra cho các nhà điều hành vệ tinh so sánh với chi phí dành cho việc dọn dẹp rác. Các nhà khoa học sau đó áp dụng mô hình này cho hai kịch bản: phá vỡ các mảnh vỡ lớn và loại bỏ chúng (tức là loại bỏ 50 vật thể lớn nhất trong không gian) và loại bỏ các mảnh vỡ nhỏ (loại bỏ 100.000 mảnh có kích thước từ 1–10 cm). Nhưng để áp dụng điều này cần nhiều thời gian nghiên cứu, tính toán.

Do thiếu quy định, rác thải không gian là một ví dụ về tình trạng “cha chung không ai khóc” (tragedy of the commons) nơi nhiều bên đều muốn có quyền khai thác không giới hạn một nguồn tài nguyên, khiến cho trong dài hạn, nguồn tài nguyên đó có thể bị cạn kiệt và không thể sử dụng được nữa.

Tuy nhiên, trong khi chờ đợi các giải pháp xử lý rác, một vài cơ quan không gian cũng đã nghiên cứu đưa ra các quy định nhẳm giảm thiểu việc phát sinh rác thải không gian.

Chẳng hạn, ESA đã thông qua “Cách tiếp cận Không rác thải”, lần đầu tiên được phác thảo trong Chương trình Nghị sự 2025, nhằm hạn chế đáng kể việc tạo ra rác thải trong quỹ đạo Trái Đất và Mặt Trăng vào năm 2030 cho tất cả các sứ mệnh, chương trình và hoạt động trong tương lai của châu Âu. Các Hướng dẫn Giảm thiểu Rác thải Không gian và Chính sách Giảm thiểu Rác thải Không gian mới của ESA đã có hiệu lực vào tháng 11 năm 2023, nêu rõ các yêu cầu nghiêm ngặt hơn đối với các sứ mệnh của ESA. Điều này sẽ giúp giảm đáng kể lượng rác thải để lại trong quỹ đạo.

Cụ thể, ESA đưa ra các yêu cầu nhằm đảm bảo việc xử lý thành công các vật thể trong không gian thông qua hoạt động hồi quyển, hoặc đưa vật thể vào “quỹ đạo an toàn” với xác suất thành công quy định cao hơn 90%; cải thiện việc dọn dẹp quỹ đạo bằng cách giảm thời gian tối đa mà các vật thể mới của ESA được phép lưu lại trong quỹ đạo thấp của Trái Đất sau khi kết thúc sứ mệnh, từ 25 năm xuống còn 5 năm; tránh các vụ va chạm trong quỹ đạo bằng cách điều khiển vệ tinh né những vụ va chạm tiềm ẩn trong quỹ đạo thấp của Trái Đất; và tránh tình trạng tự vỡ của vệ tinh để không tạo thêm rác thải.

Nhưng không gian là một tài nguyên được chia sẻ toàn cầu, và hành động của ESA một mình sẽ không đủ để đảm bảo một môi trường không gian bền vững trong dài hạn.

Để thúc đẩy nỗ lực quốc tế tiến thêm một bước và khuyến khích các bên tham gia khác trong lĩnh vực không gian theo đuổi con đường tương tự như ESA, Cơ quan này cũng đã tạo điều kiện soạn thảo Hiến chương Không Rác thải. Hiến chương này được soạn thảo bởi hơn 40 tổ chức có liên quan đến lĩnh vực không gian và là một sáng kiến toàn cầu mà tất cả các tổ chức không gian có thể ký kết để thể hiện cam kết của họ với mục tiêu chung về một tương lai không rác thải trong không gian.

Để hiện thực hóa một tương lai không rác thải, ESA sẽ tiếp tục nghiên cứu tác động của công nghệ không gian lên môi trường quỹ đạo trái đất và hỗ trợ phát triển các công nghệ hiện chưa tồn tại nhưng cần thiết cho việc sử dụng không gian có trách nhiệm và bền vững.

(*) WEF: Diễn đàn Kinh tế Thế giới; ESA: Cơ quan Không gian châu Âu; FAS: Liên đoàn các nhà Khoa học Mỹ