Các nhà khoa học đã chứng minh rằng kính thiên văn vô tuyến – vốn được thiết kế để thu tín hiệu từ các ngôi sao và thiên hà xa xôi – cũng có thể được sử dụng để theo dõi rác vũ trụ đang bay quanh Trái Đất.
Các kỹ sư đã sử dụng kính thiên văn vô tuyến nổi tiếng Lovell tại Đài thiên văn Jodrell Bank (Anh) trong một dự án quốc tế nhằm giám sát rác không gian ở quỹ đạo địa tĩnh. Đây là khu vực mà các vệ tinh cũ và mảnh vỡ tàu vũ trụ nằm ở độ cao quá lớn, khiến các phương pháp theo dõi thông thường gặp nhiều hạn chế.
Dự án mang tên Long Baseline Multistatic Radar (LBMR) đã chứng minh rằng việc kết hợp kính thiên văn vô tuyến với hệ thống radar có thể khắc phục được trở ngại này.
“Đây là lần đầu tiên điều đó được thực hiện”, ông Simon Garrington, Phó giám đốc Đài thiên văn Jodrell Bank, cho biết trong một video giới thiệu dự án.
Bài toán ngày càng cấp bách
Rác vũ trụ đang gia tăng nhanh chóng quanh Trái Đất, bao gồm vệ tinh đã ngừng hoạt động, tầng tên lửa cũ, mảnh vỡ từ các vụ va chạm vệ tinh hoặc thử nghiệm vũ khí chống vệ tinh.
Trong khi mỗi năm con người tiếp tục đưa hàng nghìn vệ tinh mới lên quỹ đạo, nguy cơ chúng va phải các mảnh rác không gian cũng ngày càng lớn. Vì vậy, việc theo dõi chính xác các mảnh vỡ này trở thành yêu cầu cấp thiết.
Phần lớn vệ tinh hoạt động ở quỹ đạo Trái Đất thấp (LEO), dưới khoảng 2.000 km, nơi mật độ rác không gian cũng cao nhất. Tuy nhiên, các nhà khoa học cho rằng rác ở quỹ đạo địa tĩnh (GEO), cách Trái Đất khoảng 36.000 km, cũng đáng lo ngại không kém.
Đây là nơi hoạt động của nhiều vệ tinh viễn thông và khí tượng quan trọng. Chỉ một mảnh rác nhỏ va chạm cũng có thể khiến một vệ tinh trị giá hàng trăm triệu USD bị vô hiệu hóa.
Radar thông thường không đủ mạnh
Hiện nay, các hệ thống radar mặt đất chủ yếu được dùng để theo dõi rác ở quỹ đạo thấp, nhưng chúng không đủ nhạy để phát hiện các vật thể ở độ cao của quỹ đạo địa tĩnh.
Thay vào đó, các nhà khoa học phải sử dụng kính thiên văn quang học để quan sát các vật thể trên GEO. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ hiệu quả với những vật thể có kích thước lớn hơn khoảng 10 cm, trong khi các mảnh nhỏ hơn vẫn có thể gây thiệt hại nghiêm trọng nhưng rất khó phát hiện.
Để theo dõi các vật thể nhỏ bằng radar, cần có những bộ thu tín hiệu cực kỳ nhạy. Và đó chính là lúc kính thiên văn vô tuyến phát huy tác dụng.
Ý tưởng từng bị xem là “điên rồ”
Ý tưởng sử dụng kính thiên văn vô tuyến để theo dõi rác vũ trụ đã được thử nghiệm từ thập niên 1990. Tuy nhiên, dự án LBMR – được NATO và Cơ quan Vũ trụ Anh hỗ trợ – muốn tiến xa hơn bằng cách theo dõi rác không gian theo thời gian thực.
Theo phương án của nhóm nghiên cứu, một hệ thống radar tại Phòng thí nghiệm Lincoln thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở Mỹ sẽ phát sóng vô tuyến lên không gian. Sóng phản xạ từ các mảnh rác sẽ được thu bởi các kính thiên văn vô tuyến ở Anh, như kính Lovell tại Jodrell Bank. Các tín hiệu sau đó được xử lý và phân tích gần như theo thời gian thực.
Tuy nhiên, việc đồng bộ hóa một trạm phát radar ở Mỹ với một kính thiên văn vô tuyến ở bên kia Đại Tây Dương là thách thức rất lớn.
“Ý tưởng này bắt đầu cách đây khoảng bảy năm. Khi đó nó nghe thật điên rồ vì chúng tôi không có cách đồng bộ hóa. Một phần thiết bị ở một bên đại dương, phần còn lại ở bên kia,” ông Marco Martorella, kỹ sư điện tử tại Đại học Birmingham và thành viên dự án LBMR, cho biết.
“Nhưng chúng tôi đủ ‘điên’ để tiếp tục.”
Mở đường cho hệ thống theo dõi rác không gian mới
Sau nhiều năm phát triển, nhóm nghiên cứu đã chứng minh thành công rằng họ có thể thu được tín hiệu phản xạ chỉ bằng một ăng-ten. Điều này cho phép xác định khoảng cách đến một mảnh rác và tốc độ thay đổi khoảng cách đó theo thời gian thực.
Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm LBMR sẽ thử nghiệm việc nhiều kính thiên văn vô tuyến cùng lúc thu tín hiệu phản xạ từ một vật thể. Nếu thành công, kỹ thuật này sẽ cho phép xác định chính xác vị trí của rác vũ trụ trong không gian ba chiều, mở ra một phương pháp mới để giám sát các mảnh vỡ ở quỹ đạo địa tĩnh và góp phần giảm nguy cơ va chạm với các vệ tinh đang hoạt động.
Trái Đất được bao quanh bởi vô số mảnh rác vũ trụ. Ảnh: ESA
Kính thiên văn Lovell tại Đài thiên văn Jodrell Bank (Anh), một trong những kính thiên văn vô tuyến được sử dụng trong dự án theo dõi rác vũ trụ. Ảnh: Jodrell Bank Centre for Astrophysics
