Quá trình khám phá không gian, thực tế bắt đầu từ giữa thế kỷ 20, thường được trình bày ở khía cạnh tích cực như một giai đoạn mới trong sự phát triển của tri thức khoa học và công nghệ. Tuy nhiên, sau khi phóng vệ tinh đầu tiên, một quá trình tiêu cực hoàn toàn khác bắt đầu song song, liên quan đến sự tắc nghẽn của các quỹ đạo gần Trái đất. Các mảnh vỡ do con người tạo ra trong không gian gây ra nhiều mối đe dọa cho cả tàu vũ trụ và Trái đất.
Nguồn của mảnh vỡ không gian
Rác trong trường hợp này dùng để chỉ các dẫn xuất của tự nhiên do con người tạo ra, rất đa dạng, nhưng gắn liền với hoạt động trực tiếp của con người. Ví dụ: các thiên thạch tự nhiên không gây ra mối đe dọa, không giống như chất thải nhân tạo, gây ra các mối đe dọa do nó ở lâu trong quỹ đạo thấp của Trái đất.
Vậy, những mảnh vỡ nguy hiểm trong không gian đến từ đâu? Hầu hết nó làđược tạo ra trong quá trình phóng vệ tinh và phóng các phương tiện khác vào quỹ đạo. Trong các quá trình này, nhất thiết phải có các tàu có người lái hoặc tự động đi kèm, các tàu này để lại các vật kỹ thuật và vật tư tiêu hao. Nguồn ô nhiễm nguy hiểm nhất của loại ô nhiễm này là sự phá hủy các vệ tinh và tàu trên quỹ đạo, do đó các thiết bị không được quản lý và các bộ phận cấu trúc của máy bay vẫn còn trong không gian. Tự bản thân, những mảnh vỡ sau sự cố thiết bị hoặc trong quá trình xử lý chất thải theo kế hoạch không gây ra mối đe dọa nghiêm trọng ở một số lượng nhỏ. Tuy nhiên, với sự tích tụ lâu ngày, các vật thể lớn được hình thành, thường có tiềm năng phóng xạ cao nên rất khó tiêu hủy.
Một vai trò quan trọng trong quá trình hình thành các mảnh vỡ nguy hiểm là do tác động của sự suy giảm "tuổi" của các mảnh vỡ từ các vật thể không gian trong một môi trường xâm thực. Các mảnh vỡ tích tụ tương tự đều bị ảnh hưởng tiêu cực bởi bụi vũ trụ, bức xạ, nhiệt độ khắc nghiệt, quá trình oxy hóa oxy, v.v. Vì vậy, người ta không chỉ phải đối phó với các yếu tố vật lý gây ra mối đe dọa va chạm, mà còn với các vật liệu nổ và không được kiểm soát làm tăng nguy cơ thiên tai.
Giám sát các mảnh vỡ không gian
Những mối nguy hiểm hiện có liên quan đến sự hiện diện của các mảnh vỡ không gian cũng đòi hỏi nghiên cứu liên tục về quỹ đạo gần Trái đất. Các thiết bị đặc biệt quét chất thải nhân tạo theo một số đặc điểm, bao gồm kích thước, khối lượng, hình dạng, tốc độ,quỹ đạo, thành phần, v.v … Tùy thuộc vào khoảng cách với Trái đất, một số thiết bị được sử dụng. Ví dụ, quỹ đạo Trái đất thấp của hệ thống LEO được quy ước bao phủ một khoảng cách từ 100 đến 2000 km. Kỹ thuật vô tuyến, radar, quang học, quang điện tử, laser và các thiết bị khác để quan sát các mảnh vỡ không gian hoạt động trong quang phổ này. Đồng thời, các thuật toán đặc biệt đang được phát triển để phân tích thông tin nhận được trên các thiết bị này. Để kết hợp một tập hợp dữ liệu phân mảnh, các mô hình tính toán toán học phức tạp được sử dụng, cung cấp một bức tranh tương đối đầy đủ về những gì đang xảy ra trong một khu vực quan sát cụ thể.
Mặc dù đã sử dụng các phương pháp giám sát công nghệ cao nhưng vẫn có vấn đề trong việc theo dõi các hạt nhỏ cỡ vài mm. Những mảnh vỡ như vậy chỉ có thể được nghiên cứu một phần bằng các cảm biến trên tàu, nhưng điều này là không đủ để có được thông tin toàn diện, ví dụ, về thành phần hóa học của vật thể. Một trong những hướng để giám sát các hạt như vậy là cái gọi là phép đo thụ động. Tại một thời điểm, theo nguyên tắc này, các thành phần của trạm vũ trụ Mir quay trở lại Trái đất đã được nghiên cứu. Bản chất của công nghệ này là ghi lại tác động của các hạt được nghiên cứu trên bề mặt của thiết bị trong không gian mở. Trong các phòng thí nghiệm, người ta đã phân tích nhiều loại hư hỏng khác nhau, nhờ đó có thể thu được thêm thông tin về các mảnh vỡ không gian. Ngày nay, các nhóm phi hành gia đang làm việc dọc theo con đường nghiên cứu này trực tiếp trên quỹ đạo, kiểm tra bề mặt của các tàu vũ trụ đang vận hành.
Phân bố các mảnh vỡ trong không gian gần Trái đất
Giám sát không gian bên ngoài cho thấy sự phân bố không đồng đều của các mảnh vỡ thuộc các loại khác nhau trên quỹ đạo. Các cụm lớn nhất được quan sát thấy ở vùng quỹ đạo thấp - đặc biệt, so với vùng quỹ đạo cao, sự khác biệt về mật độ có thể gấp một nghìn lần. Đồng thời, có mối quan hệ giữa mật độ cụm và kích thước hạt. Mật độ không gian của các mảnh vụn có kích thước trung bình thường thấp hơn ở quỹ đạo cao hơn ở quỹ đạo thấp với tỷ lệ nhỏ hơn so với các phần tử hạt thô.
Các đặc điểm của sự phân bố các mảnh vỡ không gian xung quanh Trái đất chịu ảnh hưởng của một số yếu tố, trong đó có các đặc điểm về nguồn gốc. Ví dụ, các mảnh vỡ nhỏ được hình thành do sự phá hủy các bộ phận của trạm hoặc vệ tinh có vectơ vận tốc không ổn định. Đối với các mảnh vỡ lớn, do có tính năng động lớn nên nó có thể đạt độ cao lên tới 20.000 km, đồng thời lan truyền trong vòng địa tĩnh. Ở cấp độ 2000 km, có sự phân bố không đồng đều với mật độ tăng lên ở mức 1000 và đặc biệt là 1500 km. Nhân tiện, quỹ đạo địa tĩnh bị tắc nghẽn nhiều nhất và trong khu vực của nó, các mảnh vỡ có xu hướng trôi dạt cao được ghi nhận.
Xu hướng phát triển mảnh vỡ không gian
Các nhà khoa học vũ trụ quan tâm đến các mối đe dọa tiềm tàng hơn là các mối đe dọa hiện tạicác mảnh vụn trong quỹ đạo Trái đất. Hiện tại, các nghiên cứu cho thấy tỷ lệ ô nhiễm tăng 4-5% mỗi năm. Hơn nữa, vai trò của các vụ phóng tàu vũ trụ vẫn chưa được đánh giá một cách đáng tin cậy về sự gia tăng dân số của các vật thể lạ trên các quỹ đạo khác nhau. Các vật thể lớn có thể dự báo được, nhưng như đã lưu ý, thông tin hạn chế về các mảnh vỡ nhỏ ngay cả trong không gian gần không cho phép chúng ta nói với mức độ khách quan cao về các đặc điểm của các mảnh vỡ khối lượng lớn. Mặc dù vậy, các nhà khoa học đưa ra hai kết luận rõ ràng về các mảnh vỡ nhỏ:
- Khối lượng của các hạt nhỏ được hình thành do sự phá hủy tăng đều đặn cùng với sự gia tăng số lượng va chạm. Cả trong điều kiện phòng thí nghiệm và trong các nghiên cứu lý thuyết, người ta đã chỉ ra rằng các mảnh vỡ nhỏ tạo nên một tỷ lệ đáng kể các phần tử được tách ra từ các vật thể bị hủy diệt.
- Các hạt rất nhỏ ở dạng sản phẩm va chạm giống nhau dễ bị tác động tiêu cực của ngoại lực hơn. Ảnh hưởng của sự suy thoái khi các mảnh vỡ ở trong điều kiện xâm thực trong một thời gian dài làm giảm khả năng đánh giá đáng tin cậy về tương lai của các tích tụ đó.
Rõ ràng, các vấn đề tìm kiếm mảnh vỡ trong không gian sẽ chỉ trở nên tồi tệ hơn, điều này đòi hỏi phải áp dụng các biện pháp thích hợp. Nhưng ngay cả khi các dự án liên quan đến không gian ngừng hoạt động hoàn toàn, quỹ đạo Trái đất sẽ tiếp tục bị tắc nghẽn do sự va chạm của các yếu tố ô nhiễm hiện có với các hạt tự nhiên. Theo quán tính, quá trình này sẽ tiếp tục trong ít nhất 100năm.
Các loại ảnh hưởng của ô nhiễm không gian
Những hậu quả tiêu cực nguy hiểm nhất do ảnh hưởng của các mảnh vỡ không gian bao gồm những điều sau:
- Thiệt hại hệ sinh thái đối với Trái đất. Bản thân nó, sự hiện diện của các mảnh vỡ công nghệ trong quỹ đạo gần Trái đất dẫn đến sự thay đổi nền sinh thái và vi phạm sự trong sạch ban đầu của môi trường. Theo các nhà quan sát thiên văn, quá trình giảm độ trong suốt của không gian gần Trái đất đang diễn ra, điều này cũng giải thích sự hiện diện của nhiễu đối với hoạt động của thiết bị vô tuyến. Trực tiếp đối với Trái đất, người ta có thể ghi nhận nguy cơ rơi của các bộ phận bằng vật liệu nhiên liệu đảm bảo hoạt động của động cơ phản lực.
- Mảnh vỡ rơi xuống Trái đất. Ngay cả khi không có hiệu ứng phóng xạ, chất thải nhân tạo rơi từ không gian gần có thể dẫn đến hậu quả thảm khốc. Cho đến nay, các vật thể lớn nhất đã hạ cánh có khối lượng không quá 100 tấn, nhưng điều này không gây ra mối đe dọa nghiêm trọng cho hành tinh. Mặt khác, khi cường độ cản trở quỹ đạo Trái đất tăng lên, viễn cảnh này sẽ ngày càng trở nên ảm đạm.
- Không gian va chạm nguy hiểm. Đừng đánh giá thấp tác hại của các mảnh vỡ không gian đối với các thiết bị được sử dụng trong hỗ trợ bay. Các tác động tương tự của các hạt lớn và nhỏ có thể dẫn đến sự gián đoạn đáng kể trong hoạt động của các thiết bị và các tai nạn lớn gây nguy hiểm cho triển vọng thực hiện các dự án tham vọng tốn kém.
Hệ thống đánh giá thiệt hại do tai nạnrác rưởi
Trước hết, thực hành đã được thiết lập để phân tích các tác động trên bề mặt của tàu vũ trụ được áp dụng bằng cách kiểm tra bên ngoài bởi chính các phi hành gia. Như đã đề cập ở trên, kết quả của các nghiên cứu đó có thể được sử dụng thêm để xác định các đặc tính của rác. Tuy nhiên, thông tin phân tích chính xác nhất chỉ được cung cấp bởi các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm trong đó các vật liệu đích bị ảnh hưởng nhân tạo. Mô phỏng sự va chạm của thiết bị với các mảnh vỡ trong không gian được thực hiện thông qua các tác động tốc độ cực cao. Hơn nữa, bằng máy tính và mô hình kỹ thuật số, dữ liệu thu được được xử lý với sự phân tích các đặc điểm của thiệt hại và cơ chế của tác động lên đối tượng mục tiêu. Trong số các chỉ số chính bao gồm các thuộc tính như sức mạnh, sự duy trì chức năng, khả năng sống sót của các thành phần riêng lẻ, mức độ phân mảnh, v.v.
Xác định mức độ đe dọa của các mảnh vỡ không gian
Ngay cả ở giai đoạn thiết kế của các trạm quỹ đạo và tổ hợp không gian, khả năng va chạm với các loại mảnh vỡ khác nhau cũng được tính đến. Để tính toán độ tin cậy của thiết kế tối ưu, dữ liệu về môi trường cụ thể nơi thiết bị sẽ được sử dụng sẽ được sử dụng. Đồng thời, sự thiếu chính xác của các phương pháp thực nghiệm và phân tích để đánh giá các mối đe dọa vẫn là một vấn đề đáng kể. Các mảnh vỡ trong không gian chỉ có thể được kiểm tra ở một mức độ giả định nhất định, gây khó khăn cho các nhà thiết kế trong việc chuẩn bị phương tiện thích hợp cho các vụ va chạm tốc độ cao. VìĐể đánh giá mối đe dọa gần đúng, khái niệm về các dòng chảy chung của các mảnh vỡ không gian được sử dụng, có thể gặp trên đường đi của tàu vũ trụ. Dữ liệu khác được hiển thị về mật độ luồng, tốc độ, góc tấn công và số lượng tác động dự kiến.
Cách giảm thiểu mối đe dọa từ các mảnh vỡ trong không gian
Mức độ giám sát và mô tả đặc tính của các mảnh vỡ không gian tương đối thấp với dự đoán của nó chỉ là một phần của vấn đề. Ở giai đoạn hiện tại, các chuyên gia đang phải đối mặt với một số vấn đề liên quan đến việc giảm thiểu rủi ro do tác động tiêu cực của chất thải nhân tạo trong không gian vũ trụ. Ngày nay, hai hướng đang được xem xét để giải quyết vấn đề này. Thứ nhất, đây là việc cắt giảm tổng thể các chuyến bay, cũng như giảm thiểu các quy trình công nghệ dẫn đến tắc nghẽn quỹ đạo ở các mức độ khác nhau. Thứ hai, chúng ta có thể nói về việc tối ưu hóa cấu trúc của xe với việc giảm bớt các bộ phận có khả năng trở thành mảnh vỡ không gian. Sự chú ý đặc biệt trong các hệ thống điều khiển không gian ngày nay được dành cho việc ô nhiễm các chất phóng xạ. Điều này liên quan đến việc giảm thiểu các sản phẩm thải ra từ động cơ cho đến khi chuyển đổi sang các nguồn nhiên liệu mới về cơ bản.
Triển vọng về cuộc chiến chống lại các mảnh vỡ trong không gian gần
Hoạt động tích cực hướng tới việc điều chỉnh các hoạt động không gian ở cấp độ toàn cầu mang lại cơ sở lạc quan cho việc đánh giá sự phát triển của tình hình trong tương lai. Thái độ cẩn thận đối với sự sạch sẽ của môi trường quỹ đạo được bao gồm trong các khái niệm về các chương trình chiến lược của các quốc gia lớn nhất, góp phầnđóng góp lớn nhất vào cuộc chiến chống lại các mảnh vỡ trong không gian. Làm sạch và loại bỏ các hạt lớn và nhỏ đến quỹ đạo đa giác là một trong những lĩnh vực quan trọng trong việc làm sạch không gian khỏi ô nhiễm nhân tạo, nhưng vẫn chưa có phương pháp hiệu quả nào để thực hiện khái niệm này. Đây là một nhiệm vụ khó khăn về mặt công nghệ, vì vậy trọng tâm chính tại thời điểm này vẫn là tìm cách tối ưu hóa các hoạt động của con người trong không gian.
Kết
Một trong những cách triệt để để giải quyết các vấn đề về mảnh vỡ không gian là ngừng hoàn toàn việc phóng các trạm quỹ đạo và vệ tinh cho đến khi các phương tiện mới và hợp lý hơn để làm sạch môi trường gần Trái đất xuất hiện. Nhưng hướng đi này cũng không tưởng do một số lý do kinh tế và công nghệ. Tuy nhiên, có những điều kiện tiên quyết để thay đổi tình hình theo hướng tốt hơn. Ngay cả khi bạn nhìn lại vài thập kỷ, bạn có thể nhận thấy những thay đổi cơ bản trong thái độ của bản thân người đó đối với vấn đề này. Vì vậy, nếu trong quá trình hoạt động của trạm vũ trụ Mir, thông lệ thường là thả trực tiếp các chất phế thải của phi hành đoàn, thì ngày nay điều này là không thể tưởng tượng được. Ngày càng có nhiều quy tắc nghiêm ngặt được đưa ra để điều chỉnh các quá trình tồn tại trong không gian vũ trụ. Điều này cũng được chứng minh bằng các công ước quốc tế, theo đó các quốc gia tham gia vào các hoạt động không gian có nghĩa vụ tuân thủ các nguyên tắc giảm tác động tiêu cực đến tình hình sinh thái trong môi trường gần Trái đất.
