Trong những năm gần đây, sự mở rộng của các chòm vệ tinh ở quỹ đạo Trái Đất thấp đã tạo ra nhiều cơ hội lớn nhưng đồng thời cũng đặt ra thách thức môi trường. Các chất ô nhiễm thải ra trong các vụ phóng tên lửa và từ mảnh vỡ bốc cháy khi tái nhập khí quyển sẽ tích tụ trong tầng khí quyển giữa, nơi chúng có thể gây hại cho tầng ozone – lá chắn của Trái Đất trước bức xạ tử ngoại nguy hiểm, theo ccác nhà khoa học.
Một mối lo ngại lâu nay bị đánh giá thấp
Các nghiên cứu về tác động của khí thải tên lửa đối với tầng ozone đã bắt đầu cách đây hơn ba thập kỷ, nhưng trong nhiều năm, ảnh hưởng này được cho là không đáng kể.
Khi số lượng vụ phóng ngày càng tăng, quan điểm này đang thay đổi. Năm 2019, chỉ có 97 vụ phóng quỹ đạo trên toàn cầu, nhưng đến năm 2024 con số đã tăng lên 258, và dự báo sẽ tiếp tục tăng mạnh.
Khác với các chất ô nhiễm ở tầng thấp, khí thải từ tên lửa và vệ tinh khi tái nhập có thể tồn tại trong tầng khí quyển giữa và trên cao lâu hơn gấp 100 lần, do các cơ chế loại bỏ tự nhiên như mưa không diễn ra ở những độ cao này. Dù hầu hết các vụ phóng diễn ra ở Bắc bán cầu, các dòng tuần hoàn khí quyển cuối cùng sẽ phân tán chất ô nhiễm trên phạm vi toàn cầu.
Các nhà nghiên cứu từ ETH Zurich và Đài quan sát Vật lý Khí tượng Davos, phối hợp với nhóm quốc tế của Laura Revell tại Đại học Canterbury, đã sử dụng mô hình hóa khí hậu–hóa học để dự đoán tác động của khí thải tên lửa đến tầng ozone vào năm 2030.
Trong kịch bản tăng trưởng cao với 2.040 vụ phóng mỗi năm vào năm 2030 — gấp khoảng tám lần con số của năm 2024 — mô hình dự báo độ dày trung bình toàn cầu của tầng ozone sẽ giảm gần 0,3%. Mức suy giảm theo mùa có thể đạt tới 4% tại Nam Cực, nơi lỗ thủng tầng ozone vẫn tái xuất hiện vào mỗi mùa xuân.
Mặc dù các con số này có vẻ nhỏ, nhưng bối cảnh lại rất quan trọng. Tầng ozone vẫn đang phục hồi sau những tổn hại do các hợp chất CFC gây ra, vốn bị cấm theo Nghị định thư Montreal năm 1989. Độ dày tầng ozone toàn cầu hiện vẫn thấp hơn khoảng 2% so với mức trước công nghiệp, và dự kiến phải đến năm 2066 mới phục hồi hoàn toàn.
Nghiên cứu chỉ ra rằng khí thải tên lửa — hiện vẫn chưa bị quản lý — nếu không được kiểm soát có thể làm chậm quá trình này thêm nhiều năm, thậm chí nhiều thập kỷ, tùy theo tốc độ mở rộng của ngành không gian.
Nhiên liệu tên lửa cũng đóng vai trò quan trọng
Các tác nhân chính gây suy giảm ozone từ khí thải tên lửa là khí clo và phân tử bồ hóng. Clo phá hủy các phân tử ozone qua phản ứng xúc tác, trong khi bồ hóng làm nóng tầng khí quyển giữa, tăng tốc các phản ứng hóa học gây mất ozone.
Phần lớn nhiên liệu tên lửa tạo ra bồ hóng, trong khi khí clo chủ yếu phát thải từ các động cơ tên lửa rắn. Hiện nay, chỉ có các hệ thống đẩy dùng nhiên liệu siêu lạnh (cryogenic) như oxy lỏng và hydro lỏng là có tác động không đáng kể đến tầng ozone. Tuy nhiên, do độ phức tạp công nghệ, chỉ khoảng 6% các vụ phóng hiện nay sử dụng loại nhiên liệu này.
Nghiên cứu này mới chỉ tính đến khí thải từ tên lửa trong giai đoạn phóng lên không gian, nhưng đó chỉ là một phần của bức tranh. Phần lớn vệ tinh ở quỹ đạo thấp sẽ quay lại khí quyển khi hết vòng đời hoạt động và bốc cháy trong quá trình đó.
Quá trình tái nhập này sinh ra thêm các chất ô nhiễm, bao gồm nhiều loại hạt kim loại và oxit nitơ do nhiệt lượng cực lớn. Oxit nitơ được biết là có khả năng phá hủy ozone theo cơ chế xúc tác, trong khi các hạt kim loại có thể góp phần hình thành mây tầng bình lưu cực hoặc đóng vai trò bề mặt phản ứng, cả hai đều làm dẫn đến sự mất mát thêm ozone.
Những tác động này vẫn chưa được hiểu rõ và chưa được tích hợp vào hầu hết các mô hình khí quyển. Với sự gia tăng của các chòm vệ tinh, khí thải tái nhập sẽ ngày càng phổ biến, và tổng tác động lên tầng ozone có khả năng lớn hơn nhiều so với các ước tính hiện nay.
Cần có tầm nhìn xa và hành động phối hợp
Một ngành công nghiệp phóng tên lửa không gây hại cho tầng ozone hoàn toàn có thể thực hiện được. Việc giám sát khí thải tên lửa, hạn chế sử dụng nhiên liệu sinh bồ hóng và clo, thúc đẩy các hệ thống đẩy thay thế, và ban hành các quy định cần thiết là chìa khóa để bảo đảm tầng ozone tiếp tục phục hồi. Điều này đòi hỏi sự phối hợp giữa giới khoa học, các nhà hoạch định chính sách và ngành công nghiệp.
Nghị định thư Montreal đã chứng minh rằng ngay cả những mối đe dọa môi trường quy mô hành tinh cũng có thể được giải quyết thông qua hợp tác toàn cầu. Khi chúng ta bước vào kỷ nguyên mới của hoạt động không gian, cũng cần có tầm nhìn xa và sự phối hợp quốc tế tương tự để tránh những tác động có hại đến tầng ozone – một trong những lá chắn tự nhiên quan trọng nhất của Trái Đất.
Số vụ phóng tên lửa trên toàn cầu đang gia tăng mạnh, thúc đẩy đổi mới nhưng cũng làm dấy lên những lo ngại mới về bầu khí quyển Trái Đất. Các nhà khoa học cảnh báo khí thải từ tên lửa và mảnh vỡ không gian bốc cháy có thể làm chậm quá trình phục hồi tầng ozone. Ảnh: Stock
Falcon Heavy – phương tiện phóng hạng nặng tái sử dụng của SpaceX – trong lần bay đầu tiên ngày 6/2/2018. Ảnh: SpaceX
