Sự bùng nổ nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo (AI) và các dịch vụ điện toán đám mây đã kéo theo nhu cầu khổng lồ về năng lực tính toán. Làn sóng này đang gây áp lực lớn lên hạ tầng trung tâm dữ liệu, vốn tiêu thụ lượng điện và nước rất lớn để vận hành.
Trong vài năm trở lại đây, nhiều lãnh đạo công nghệ ngày càng ủng hộ ý tưởng xây dựng hạ tầng AI ngoài không gian như một cách giải quyết bài toán năng lượng cho các trung tâm dữ liệu. Trong không gian, ánh nắng Mặt Trời có thể được các tấm pin mặt trời chuyển hóa thành điện dồi dào và ổn định.
Ngày 4/11/2025, Google công bố Dự án Suncatcher, một đề xuất táo bạo nhằm phóng một chòm vệ tinh gồm 81 vệ tinh lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp. Google dự định sử dụng chòm vệ tinh này để thu năng lượng Mặt Trời, cung cấp điện cho thế hệ trung tâm dữ liệu AI tiếp theo đặt ngoài không gian. Thay vì truyền điện năng về Trái Đất, hệ thống sẽ truyền dữ liệu xuống mặt đất.
Chẳng hạn, nếu bạn hỏi một chatbot cách làm bánh mì men tự nhiên, thay vì kích hoạt một trung tâm dữ liệu ở bang Virginia để tạo câu trả lời, yêu cầu của bạn sẽ được truyền lên chòm vệ tinh ngoài không gian, được xử lý bằng các con chip chạy hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời, rồi gửi công thức trở lại thiết bị của bạn. Cách làm này đồng nghĩa với việc phần nhiệt lượng khổng lồ sinh ra sẽ được “để lại” trong môi trường chân không lạnh giá của không gian.
Ở góc độ một doanh nhân công nghệ, tôi hoan nghênh tham vọng của Google. Nhưng với tư cách một nhà khoa học không gian, tôi dự đoán công ty này sẽ sớm phải tính đến một mối nguy ngày càng lớn: rác không gian.
Toán học của thảm họa
Rác không gian – tập hợp các vật thể nhân tạo không còn hoạt động trong quỹ đạo Trái Đất – hiện đã và đang gây ảnh hưởng tới các cơ quan vũ trụ, doanh nghiệp và phi hành gia. Chúng bao gồm những mảnh lớn như tầng tên lửa đã sử dụng hoặc vệ tinh “chết”, cho tới các mảnh cực nhỏ như sơn bong tróc và các mảnh vỡ từ những vệ tinh ngừng hoạt động.
Trong quỹ đạo Trái Đất tầm thấp, rác không gian di chuyển với vận tốc siêu thanh khoảng 28.000 km/giờ. Ở tốc độ này, va chạm với một mảnh rác chỉ cỡ quả việt quất cũng giống như bị một cái đe thép rơi trúng người.
Các vụ vỡ vệ tinh và thử nghiệm vũ khí chống vệ tinh đã tạo ra lượng rác đáng báo động, và cuộc khủng hoảng này càng trầm trọng hơn do sự mở rộng nhanh chóng của các chòm vệ tinh thương mại như Starlink của SpaceX. Riêng mạng lưới Starlink hiện có hơn 9.400 vệ tinh, cung cấp Internet băng thông rộng toàn cầu.
Lực lượng Không gian Mỹ hiện theo dõi hơn 40.000 vật thể lớn hơn quả bóng mềm bằng radar mặt đất và kính thiên văn quang học. Tuy nhiên, con số này chỉ chiếm chưa tới 1% các vật thể nguy hiểm trong quỹ đạo. Phần lớn còn lại quá nhỏ để các hệ thống này có thể nhận diện và theo dõi một cách tin cậy.
Tháng 11/2025, ba phi hành gia Trung Quốc trên trạm không gian Thiên Cung buộc phải trì hoãn việc trở về Trái Đất sau khi khoang tàu của họ bị một mảnh rác không gian va trúng. Trước đó, năm 2018, một sự cố tương tự khi Trạm Vũ trụ Quốc tế va chạm với rác đã gây căng thẳng quan hệ Mỹ – Nga, khi truyền thông Nga suy đoán rằng một phi hành gia NASA có thể đã cố tình phá hoại trạm.
Lớp quỹ đạo mà dự án của Google nhắm tới – quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời ở độ cao khoảng 650 km so với Trái Đất – là vị trí lý tưởng để thu năng lượng mặt trời liên tục. Ở quỹ đạo này, các tấm pin mặt trời của vệ tinh luôn được chiếu sáng trực tiếp, đủ để cung cấp điện cho AI. Tuy nhiên, chính vì lợi thế đó, quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời cũng là “xa lộ” đông đúc nhất trong quỹ đạo Trái Đất tầm thấp, nơi nguy cơ va chạm giữa các vật thể là cao nhất.
Khi các vật thể mới tiếp tục được đưa lên và những vật thể cũ vỡ ra, quỹ đạo Trái Đất tầm thấp có nguy cơ tiến gần tới hội chứng Kessler. Theo lý thuyết này, khi số lượng vật thể trong quỹ đạo vượt quá một ngưỡng nhất định, các vụ va chạm sẽ tạo ra phản ứng dây chuyền, sinh thêm ngày càng nhiều mảnh rác. Cuối cùng, chuỗi va chạm này có thể khiến một số quỹ đạo trở nên hoàn toàn không thể sử dụng.
Hệ lụy đối với Dự án Suncatcher
Dự án Suncatcher đề xuất một cụm vệ tinh mang các tấm pin mặt trời lớn, bay trong phạm vi bán kính chỉ khoảng 1 km, với khoảng cách giữa mỗi vệ tinh chưa tới 200 mét. Để dễ hình dung, hãy tưởng tượng một đường đua có kích thước tương đương trường đua Daytona International Speedway, nơi 81 chiếc xe chạy với vận tốc 28.000km/giờ, trong khi khoảng cách giữa các xe chỉ ngang quãng phanh an toàn trên đường cao tốc.
Cấu trúc siêu dày đặc này là cần thiết để các vệ tinh truyền dữ liệu cho nhau. Chòm vệ tinh sẽ chia nhỏ các tác vụ AI phức tạp cho toàn bộ 81 đơn vị, cho phép chúng “suy nghĩ” và xử lý dữ liệu đồng thời như một bộ não phân tán khổng lồ. Google đang hợp tác với một công ty không gian để phóng hai vệ tinh nguyên mẫu vào đầu năm 2027 nhằm kiểm chứng phần cứng.
Tuy nhiên, trong môi trường chân không của không gian, việc bay theo đội hình luôn là cuộc chiến liên tục với các định luật vật lý. Dù bầu khí quyển ở quỹ đạo Trái Đất tầm thấp rất loãng, nó không hoàn toàn trống rỗng. Các hạt không khí thưa thớt vẫn tạo ra lực cản quỹ đạo, làm vệ tinh chậm lại và hạ thấp độ cao. Những vệ tinh có diện tích bề mặt lớn chịu ảnh hưởng mạnh hơn, giống như cánh buồm hứng gió.
Bên cạnh đó, các dòng hạt và từ trường phát ra từ Mặt Trời – thường được gọi là “thời tiết không gian” – có thể khiến mật độ không khí ở quỹ đạo Trái Đất tầm thấp dao động theo những cách khó lường, từ đó tác động trực tiếp đến lực cản quỹ đạo.
Khi các vệ tinh chỉ cách nhau chưa tới 200 mét, sai số cho phép gần như không còn. Một cú va chạm đơn lẻ không chỉ có thể phá hủy một vệ tinh, mà còn đẩy nó lao vào các vệ tinh lân cận, kích hoạt phản ứng dây chuyền có thể quét sạch toàn bộ cụm và rải ngẫu nhiên hàng triệu mảnh rác mới vào một quỹ đạo vốn đã như bãi mìn.
Tầm quan trọng của khả năng tránh va chạm chủ động
Để ngăn ngừa tai nạn và phản ứng dây chuyền, các công ty vệ tinh có thể áp dụng tiêu chuẩn “không để lại dấu vết”, tức là thiết kế vệ tinh không vỡ vụn, không thải rác, không gây nguy hiểm cho các vệ tinh xung quanh và có thể được loại bỏ khỏi quỹ đạo một cách an toàn. Với một chòm vệ tinh dày đặc và phức tạp như Suncatcher, đáp ứng tiêu chuẩn này có thể đòi hỏi trang bị cho vệ tinh những “phản xạ” cho phép tự động phát hiện và linh hoạt né tránh các đám rác. Tuy nhiên, thiết kế hiện tại của Suncatcher chưa bao gồm các khả năng tránh va chạm chủ động như vậy.
Chỉ trong sáu tháng đầu năm 2025, chòm vệ tinh Starlink của SpaceX đã thực hiện tới 144.404 lần cơ động tránh va chạm để né rác không gian và các tàu vũ trụ khác. Với Suncatcher, nguy cơ chạm phải mảnh rác lớn hơn hạt cát có thể xảy ra trung bình mỗi năm giây.
Hạ tầng theo dõi hiện nay chủ yếu chỉ phát hiện được rác lớn hơn quả bóng mềm, khiến hàng triệu mảnh nhỏ gần như “vô hình” đối với các nhà vận hành vệ tinh. Các chòm vệ tinh trong tương lai sẽ cần hệ thống phát hiện ngay trên không gian, có khả năng chủ động nhận diện các mối đe dọa nhỏ và tự động cơ động né tránh theo thời gian thực.
Trang bị cho Suncatcher năng lực tránh va chạm chủ động sẽ là một kỳ tích kỹ thuật. Do khoảng cách giữa các vệ tinh quá hẹp, toàn bộ chòm vệ tinh sẽ phải phản ứng như một thể thống nhất. Các vệ tinh cần dịch chuyển đồng bộ, tương tự như đàn chim bay theo đội hình, trong đó mỗi vệ tinh phải phản ứng với những thay đổi nhỏ nhất của vệ tinh kế bên.
“Trả tiền thuê” cho quỹ đạo
Tuy nhiên, các giải pháp công nghệ chỉ có thể đi được đến một giới hạn nhất định. Tháng 9/2022, Ủy ban Truyền thông Liên bang Mỹ (FCC) ban hành quy định yêu cầu các nhà vận hành vệ tinh phải đưa chúng ra khỏi quỹ đạo trong vòng năm năm sau khi kết thúc nhiệm vụ, thường thông qua thao tác hạ quỹ đạo có kiểm soát. Theo đó, các nhà vận hành phải dự trữ đủ nhiên liệu để kích hoạt động cơ đẩy khi vệ tinh kết thúc nhiệm vụ, giảm độ cao vệ tinh cho tới khi lực cản khí quyển khiến nó cháy rụi.
Tuy vậy, quy định này không giải quyết lượng rác đã tồn tại trong không gian, cũng như rác có thể phát sinh trong tương lai do tai nạn hay sự cố. Để xử lý vấn đề này, một số nhà hoạch định chính sách đề xuất áp dụng “thuế sử dụng” hoặc phí sử dụng quỹ đạo cho việc dọn dẹp rác không gian.
Theo đó, các nhà vận hành vệ tinh sẽ phải trả phí dựa trên mức độ “gánh nặng quỹ đạo” mà chòm vệ tinh của họ tạo ra, tương tự như việc xe lớn hoặc xe nặng phải trả phí cao hơn khi sử dụng đường bộ. Nguồn tiền này sẽ được dùng để tài trợ cho các nhiệm vụ chủ động thu gom và loại bỏ những mảnh rác nguy hiểm nhất.
Tránh va chạm chỉ là giải pháp kỹ thuật tạm thời, không phải lời giải dài hạn cho bài toán rác không gian. Khi một số công ty coi không gian là “ngôi nhà” mới cho các trung tâm dữ liệu, còn những công ty khác tiếp tục phóng thêm các chòm vệ tinh, các chính sách mới cùng các chương trình dọn dẹp rác chủ động sẽ đóng vai trò then chốt để giữ cho quỹ đạo Trái Đất tầm thấp vẫn có thể tiếp tục được khai thác.
(*) Mojtaba Akhavan-Tafti là nhà nghiên cứu khoa học tại Đại học Michigan
Một trung tâm dữ liệu tại Đài quan sát Nam Âu. Ảnh: ESO
