Các nhà khoa học vừa chứng minh rằng mạng lưới cảm biến động đất trên mặt đất có thể được sử dụng để theo dõi rác vũ trụ khi chúng tái nhập khí quyển, qua đó xác định chính xác hơn quỹ đạo rơi và vị trí mảnh vỡ chạm đất. Phương pháp mới này có thể bổ sung quan trọng cho các hệ thống radar và kính thiên văn hiện nay, vốn gặp nhiều hạn chế ở giai đoạn cuối của quá trình tái nhập.
Trung bình mỗi ngày có ít nhất ba mảnh rác vũ trụ cỡ lớn, bao gồm vệ tinh cũ và các tầng tên lửa đã qua sử dụng, rơi trở lại Trái Đất. Dù phần lớn được cho là cháy rụi trong khí quyển, giới khoa học vẫn thiếu dữ liệu thực tế để xác định chính xác những mảnh nào còn sót lại, rơi xuống đâu và mức độ rủi ro đối với con người cũng như môi trường.
Một ví dụ điển hình xảy ra vào tháng 11/2022, khi Tây Ban Nha và Pháp buộc phải đóng một phần không phận trong khoảng 40 phút do lo ngại một mảnh lớn của tên lửa Trung Quốc có thể rơi xuống Nam Âu. Hàng trăm chuyến bay bị chuyển hướng hoặc trì hoãn, gây thiệt hại hàng triệu USD. Tuy nhiên, mảnh tên lửa này cuối cùng lại tái nhập khí quyển ở Thái Bình Dương, cách xa khu vực dự báo ban đầu.
Theo các nhà nghiên cứu, sự cố trên cho thấy khả năng dự đoán quỹ đạo tái nhập của rác vũ trụ hiện vẫn rất hạn chế. Hiện nay, các cơ quan theo dõi không gian chủ yếu dựa vào dữ liệu từ radar và kính thiên văn quang học để tính toán đường bay của vật thể khi còn ở quỹ đạo cao. Tuy nhiên, khi vật thể xuống thấp dưới vài trăm km, tương tác phức tạp với khí quyển khiến quỹ đạo trở nên khó dự báo chính xác.
“Các hệ thống radar và quan sát quang học hoạt động rất hiệu quả khi vật thể còn ở trên quỹ đạo,” Benjamin Fernando, tác giả chính của nghiên cứu và là nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại Đại học Johns Hopkins, cho biết. “Nhưng khi bước vào giai đoạn tái nhập, các yếu tố khí động học trở nên hỗn loạn, và chúng ta không phải lúc nào cũng biết chính xác mảnh rác sẽ rơi xuống đâu.”
Trong nghiên cứu mới, nhóm của Fernando, phối hợp với các nhà khoa học tại Đại học Imperial College London, đã đề xuất một cách tiếp cận khác: theo dõi sóng nổ siêu thanh do rác vũ trụ tạo ra khi lao qua khí quyển bằng các cảm biến địa chấn vốn được thiết kế để phát hiện động đất.
Các cảm biến này hiện được phân bố dày đặc tại nhiều khu vực trên thế giới, đặc biệt ở Mỹ, và phần lớn dữ liệu được công khai. Ngoài rung chấn địa chất, chúng còn ghi nhận được các vụ nổ, hoạt động giao thông lớn và nhiều hiện tượng khác phát sinh từ bề mặt Trái Đất.
Để kiểm chứng phương pháp, nhóm nghiên cứu đã phân tích dữ liệu từ 127 trạm địa chấn trên khắp bang California, nhằm tái dựng quỹ đạo của một mô-đun quỹ đạo tách ra từ tàu có người lái Thần Châu 17 của Trung Quốc, tái nhập khí quyển vào tháng 4/2024. Mô-đun này nặng khoảng 1,5 tấn và lao xuống với vận tốc lên tới 30 lần tốc độ âm thanh.
Kết quả cho thấy quỹ đạo thực tế của vật thể lệch khoảng 40 km về phía bắc so với dự báo trước đó của Bộ Tư lệnh Không gian Mỹ. Dữ liệu địa chấn cũng cho thấy một số mảnh vỡ có thể đã rơi xuống khu vực giữa Bakersfield (California) và Las Vegas (Nevada), nơi có khoảng 50 triệu người sinh sống dưới đường bay.
Theo Fernando, dù trong sự kiện này không có bằng chứng cho thấy mảnh vỡ chạm đất, nhưng nguy cơ hoàn toàn có thể xảy ra. “Nếu một vật thể rơi xuống mặt đất, chúng ta không thể ngăn chặn điều đó,” ông nói. “Nhưng chúng ta có thể rút ngắn thời gian xác định vị trí mảnh vỡ từ vài ngày hoặc vài tuần xuống còn vài phút hoặc vài giờ.”
Khả năng xác định nhanh vị trí rơi có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong các trường hợp mảnh vỡ mang theo vật liệu nguy hiểm. Fernando nhắc lại sự cố năm 1978, khi một vệ tinh Liên Xô chạy bằng lò phản ứng hạt nhân vỡ tung trên bầu trời Canada, phát tán các mảnh rác phóng xạ, trong đó phần lớn chưa bao giờ được thu hồi.
Ngoài việc hỗ trợ ứng phó sau sự cố, phương pháp mới còn có thể giúp trả lời câu hỏi lớn về mức độ cháy rụi của rác vũ trụ trong khí quyển. Một số công ty, như SpaceX, cho rằng các vệ tinh Starlink sẽ tan rã hoàn toàn khi tái nhập. Tuy nhiên, nhiều chuyên gia nghi ngờ rằng những bộ phận bền như bình nhiên liệu hay pin có thể sống sót và rơi xuống mặt đất.
“Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy mạng lưới địa chấn có thể cung cấp thông tin về quỹ đạo, tốc độ, góc rơi và thậm chí một phần quá trình vỡ ra của vật thể,” Fernando nói. “Điều này giúp đánh giá chính xác hơn nguy cơ đối với con người, tài sản và hàng không.”
Nhóm nghiên cứu cũng cho biết phương pháp này có thể được mở rộng bằng cách kết hợp với các mạng lưới cảm biến âm thanh, vốn có khả năng phát hiện sóng nổ ở khoảng cách hàng nghìn km. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các vụ tái nhập trên đại dương, nơi gần như không có dữ liệu địa chấn và rất ít trạm radar.
Nghiên cứu được công bố ngày 22/1 trên tạp chí Science, mở ra một hướng tiếp cận mới trong giám sát rác vũ trụ, trong bối cảnh số lượng vật thể quay trở lại Trái Đất được dự báo sẽ tiếp tục gia tăng trong những năm tới.
Tàu chở hàng vũ trụ châu Âu ATV “Jules Verne” cháy rụi trên một khu vực không có người sinh sống ở Thái Bình Dương khi kết thúc sứ mệnh, ngày 29/9/2008. Ảnh: ESA/NASA
