Chùm tia kéo trong phim khoa học viễn tưởng sắp trở thành hiện thực?

02/11/2023 11:09

Các nhà nghiên cứu đang phát triển chùm tia kéo với mục tiêu kéo các vệ tinh không còn tồn tại ra khỏi quỹ đạo địa tĩnh để giảm bớt vấn đề rác thải vũ trụ.

Hình minh họa cách sử dụng chùm tĩnh điện để kéo các vệ tinh không còn tồn tại ra khỏi quỹ đạo địa tĩnh quanh Trái đất. Trong thực tế, chùm tia sẽ vô hình. (Ảnh: Tobias Roetsch - gtgraphics.de)

Trong các bộ phim khoa học viễn tưởng, đoạn phim có cảnh tàu vũ trụ của những người tốt bị vướng vào chùm tia kéo vô hình và bị cuốn vào đó. Thế nhưng, chi tiết tưởng chừng chỉ tồn tại trong các bộ phim khoa học viễn tưởng có thể sớm trở thành hiện thực.

Các nhà khoa học đang phát triển một chùm tia kéo ngoài đời thực, được gọi là máy kéo tĩnh điện. Tuy nhiên, chùm tia kéo này sẽ không hút được các phi công hay phi thuyền mà nó sử dụng lực hút tĩnh điện để đẩy rác vũ trụ nguy hiểm ra khỏi quỹ đạo Trái đất một cách an toàn.

Vấn nạn rác thải vũ trụ

Với sự bùng nổ của ngành công nghiệp vũ trụ thương mại, số lượng vệ tinh trên quỹ đạo Trái đất được dự báo sẽ tăng mạnh. Kho vệ tinh mới này sẽ biến không gian xung quanh Trái đất thành một bãi phế liệu khổng lồ có thể đâm vào tàu vũ trụ đang hoạt động, lao thẳng xuống Trái đất, làm ô nhiễm bầu khí quyển của chúng ta và che khuất tầm nhìn của chúng ta.

Nếu không được kiểm soát, rác vũ trụ ngày càng gia tăng có thể cản trở ngành thám hiểm vũ trụ đang bùng nổ, các chuyên gia cảnh báo.

Chùm tia kéo tĩnh điện có khả năng giảm bớt vấn nạn này bằng cách di chuyển an toàn các vệ tinh đã chết ra khỏi quỹ đạo Trái đất, nơi chúng sẽ trôi dạt vô hại mãi mãi. Dù không giải quyết được hoàn toàn vấn đề rác vũ trụ, nhưng ý tưởng này có một số ưu điểm so với các phương pháp loại bỏ rác vũ trụ khác.

Cảm hứng từ các bộ phim khoa học viễn tưởng

Các chùm tia kéo được mô tả trong "Chiến tranh giữa các vì sao" và "Star Trek" đã hút tàu vũ trụ thông qua trọng lực nhân tạo hoặc một "trường năng lượng" mơ hồ. Ý tưởng này đã truyền cảm hứng cho Hanspeter Schaub, giáo sư kỹ thuật hàng không vũ trụ tại CU Boulder, để hình thành một phiên bản thực tế.

Schaub lần đầu tiên có ý tưởng này sau vụ va chạm vệ tinh lớn đầu tiên vào năm 2009, khi một vệ tinh liên lạc đang hoạt động, Iridium 33, đâm vào một tàu vũ trụ quân sự không còn tồn tại của Nga, Kosmos 2251, làm phân tán hơn 1.800 mảnh vụn vào quỹ đạo Trái đất.

Sau thảm họa này, Schaub muốn ngăn điều này xảy ra. Ông nhận thấy, có thể kéo tàu vũ trụ ra khỏi vùng nguy hiểm bằng cách sử dụng lực hút giữa các vật tích điện dương và âm để khiến chúng "dính" vào nhau.

Schaub và các đồng nghiệp đã có những cải tiến và giờ đây họ hy vọng một ngày nào đó chùm tia kéo có thể được sử dụng để di chuyển các vệ tinh chết ra khỏi quỹ đạo địa tĩnh (GEO) – quỹ đạo quanh xích đạo Trái đất.

Chùm tia kéo tĩnh điện sẽ sử dụng một tàu vũ trụ được trang bị súng điện tử để bắn các electron tích điện âm vào một vệ tinh mục tiêu đã chết. Các electron sẽ cung cấp cho mục tiêu một điện tích âm trong khi để lại thiết bị phục vụ mang điện tích dương. Lực hút tĩnh điện giữa hai vật sẽ giữ chúng lại với nhau dù bị ngăn cách bởi khoảng không gian trống từ 20 đến 30 m. Khi mục tiêu "bị dính vào nhau", chúng sẽ bị kéo ra khỏi quỹ đạo mà không cần chạm vào.

Ưu điểm và hạn chế

Chùm tia kéo tĩnh điện sẽ có một lợi thế lớn so với các phương pháp loại bỏ rác vũ trụ được đề xuất khác vì nó không cần chạm. Các nhà khoa học đã đề xuất các phương pháp không cần chạm khác, chẳng hạn như sử dụng nam châm mạnh, nhưng nam châm khổng lồ vừa tốn kém để sản xuất vừa có thể gây trở ngại cho việc điều khiển.

Hạn chế chính của chùm tia kéo tĩnh điện là tốc độ hoạt động quá chậm nên không thể thực hiện được việc dọn sạch những mảnh rác vũ trụ nhỏ hơn, vì vậy nó sẽ không thể giữ cho GEO hoàn toàn không có mảnh vụn.

Schaub cho biết, nhóm vẫn chưa thực hiện phân tích chi phí đầy đủ, nhưng nó có thể sẽ tiêu tốn hàng chục triệu đô la.

Các nhà nghiên cứu hiện đang thực hiện một loạt thí nghiệm trong Phòng thí nghiệm sạc tĩnh điện về tương tác giữa máy Plasma và tàu vũ trụ (ECLIPS) tại CU Boulder. Buồng chân không bằng kim loại, có kích thước bằng bồn tắm, được trang bị súng điện tử, cho phép nhóm "thực hiện các thí nghiệm độc đáo mà hiện tại hầu như không ai có thể làm được" để mô phỏng tác động của máy kéo tĩnh điện ở quy mô nhỏ hơn.