Toàn thế giới đang nỗ lực ngăn chặn sự suy thoái đang diễn ra nhanh chóng của môi trường Trái đất. Tuy nhiên, trong lĩnh vực vũ trụ, các sản phẩm chỉ dùng một lần vẫn thống trị. Trên thực tế, sự ra đời của các chòm sao lớn đã đẩy nhanh tốc độ ngành công nghiệp vũ trụ đốt cháy tài nguyên, chuyển từ các vệ tinh lớn có tuổi thọ hàng thập kỷ sang các vệ tinh rẻ hơn được thiết kế để hết hạn trong vòng vài năm ngắn ngủi.
Cách tiếp cận dùng một lần khiến một số nhà nghiên cứu lo ngại, vì quá nhiều nhôm đang cháy trong khí quyển những ngày này, đe dọa gây ra một thảm họa môi trường loại mới trong những thập kỷ tới. Nhưng chúng ta có thể làm gì? Chúng ta có nên quay lại cuộc cách mạng vũ trụ và đặt ra giới hạn cho những gì chúng ta có thể làm trong không gian không? Hay nền kinh tế tuần hoàn, kéo dài tuổi thọ, tái chế và tái sử dụng có thể là giải pháp cho các tác động phụ bẩn thỉu của ngành công nghiệp vũ trụ?
Những người ủng hộ dịch vụ và tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo ca ngợi tiềm năng của công nghệ này. Nhưng hầu hết các nhà phân tích vẫn thận trọng: Nếu không có các quy định nghiêm ngặt về môi trường, chi phí dự kiến cho dịch vụ trên quỹ đạo có thể không thu hút được các nhà điều hành vệ tinh chuyển sang công nghệ có thể tái sử dụng hàng loạt.
Dave Barnhart, giám đốc điều hành của công ty hàng không vũ trụ Arkysis có trụ sở tại California, lần đầu tiên bắt đầu phát triển các khái niệm về công nghệ vệ tinh có thể tái chế cách đây khoảng 15 năm như một phần của dự án mà ông giám sát tại DARPA (Cơ quan các dự án nghiên cứu tiên tiến về quốc phòng). Ông và các đồng nghiệp đã nghiên cứu cách thiết lập một cơ sở tái chế vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh — khu vực cách bề mặt Trái đất khoảng 22.000 dặm (36.000 km) nơi các vệ tinh xuất hiện cố định trên một điểm phía trên đường xích đạo.
"Chúng tôi muốn biết liệu chúng tôi có thể sử dụng các bộ phận từ vệ tinh địa tĩnh cũ để tái tạo những vệ tinh mới hay không, vì khối lượng đã có ở đó", Barnhart nói với Space.com.
Vành đai địa tĩnh là nơi có một số vệ tinh lớn nhất và đắt nhất. Trên hết, khoảng cách xa giữa Trái Đất và quỹ đạo này khiến các sứ mệnh địa lý vốn đã tốn kém, vì chúng đòi hỏi những tên lửa mạnh nhất với nhiều nhiên liệu để đến đích.
Tuy nhiên, Arkysis, công ty mà Barnhart đồng sáng lập vào năm 2015, đang tập trung vào quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO) — vùng ồn ào gần Trái Đất nhất ở độ cao khoảng 1.200 dặm (2.000 km). Arkysis hy vọng sẽ thiết lập một kho tiếp nhiên liệu và bảo dưỡng trên quỹ đạo có tên là Cảng ở LEO. Mục tiêu chính là dẫn đầu một cuộc cách mạng xanh ở khu vực này, nơi tạo ra hàng nghìn tấn rác vũ trụ nguy hiểm mỗi năm.
"Cho đến nay, mọi thứ chúng tôi từng thiết kế để đưa vào không gian đều là một sứ mệnh, một cuộc sống", Barnhart nói với Space.com. "Thật là điên rồ. Mọi lĩnh vực khác trên Trái Đất, chúng tôi đều duy trì, chúng tôi duy trì, chúng tôi phát triển. Không phải trong không gian."
Năm 2023, Arkysis đã ký được thỏa thuận trị giá 1,6 triệu đô la với Lực lượng Không gian Hoa Kỳ để thử nghiệm lắp ráp vệ tinh trên quỹ đạo bằng cách sử dụng mô-đun demo Port — một khối xây dựng cơ bản của một gara và trạm xăng có thể mở rộng trên quỹ đạo. Công ty muốn phóng thành phần đầu tiên của kho quỹ đạo này vào năm tới — một thiết bị vận chuyển chặng cuối có tên là Cutter, được thiết kế để giúp các vệ tinh kết nối với nhà để xe.
Vào năm 2027, mô-đun Port chính, một cấu trúc hình lục giác rộng khoảng 9 feet (3 mét), sẽ tham gia Cutter trên quỹ đạo để thử nghiệm cách các giao diện cơ học của hai cấu trúc này hoạt động cùng nhau trong không gian. Port, ngoài chức năng là kho nhiên liệu, sẽ đến với nguồn cung cấp các thành phần và tải trọng có thể được gắn vào các vệ tinh cũ để mang lại cho chúng một cuộc sống mới.
"Ngày nay, mọi thứ trên vệ tinh đều được thực hiện trên mặt đất và vệ tinh được phóng với ngày kết thúc", Barnhart cho biết. "Chúng tôi muốn thay đổi điều đó để cho phép mở rộng cả hai — cuộc sống và kinh doanh — sau khi phóng. Chúng tôi muốn có thể thêm các nguồn doanh thu mới sau khi phóng. Bạn có thể làm được điều đó nếu bạn có thể thêm một cái gì đó, thay đổi một cái gì đó trên quỹ đạo hoặc thậm chí bán vệ tinh đó cho người khác có thể biến nó thành một phần của nền tảng lớn hơn."
Máy ảnh hoặc ăng-ten có thể được thay thế bằng những cái mạnh hơn sau khi chúng được phát triển, pin cũ có thể được đổi thành pin hoàn toàn mới và bình nhiên liệu sẽ được nạp lại.
Trên lý thuyết thì mọi thứ đều hợp lý, nhưng Dafni Christodoulopoulou, nhà phân tích ngành công nghiệp vũ trụ tại công ty tư vấn Analysis Mason, cảnh báo rằng việc các nhà khai thác vệ tinh có muốn từ bỏ cách thức dùng một lần của họ hay không sẽ phụ thuộc vào chi phí của các dịch vụ bảo trì trên quỹ đạo. Bà cho biết LEO hiện đang bị chi phối bởi các vệ tinh nhỏ, tương đối rẻ, có thể được thay thế với chi phí rẻ hơn so với việc chúng được bảo dưỡng và bảo trì.
"Hiện tại, chúng tôi dự kiến các dịch vụ trên quỹ đạo sẽ có chi phí khá cao đối với các nhà khai thác vệ tinh nhỏ", Christodoulopoulou nói với Space.com. "Các nhà khai thác có thể không quan tâm đến những dịch vụ đó, vì giá xây dựng một vệ tinh mới có thể không cao hơn giá của một nhiệm vụ bảo dưỡng."
Barnhart đồng ý rằng ngành dịch vụ trên quỹ đạo còn non trẻ có thể sẽ phải đối mặt với sự phản đối không chỉ từ các nhà khai thác mà còn từ các nhà sản xuất vệ tinh, những người có thể cảm thấy bị đe dọa bởi ý tưởng về khả năng tái sử dụng và kéo dài tuổi thọ.
"Mỗi khi bạn muốn thực hiện một sự thay đổi lớn như thế này, đó sẽ là một mối đe dọa", Barnhart nói. "Các nhà sản xuất vệ tinh kiếm tiền bằng cách chế tạo thêm nhiều vệ tinh để vứt bỏ. Có thể mất một thời gian để họ nhận ra rằng bằng cách lắp các giao diện cho phép bảo dưỡng vệ tinh, họ thực sự có thể thêm một số chức năng thú vị vào chúng sau khi phóng."
Các câu chuyện liên quan:
— Hội chứng Kessler và vấn đề rác vũ trụ
— Ô nhiễm từ các vụ phóng tên lửa và vệ tinh bị đốt cháy có thể gây ra tình trạng khẩn cấp về môi trường tiếp theo
— 2 vệ tinh tư nhân tách khỏi nhau sau nhiệm vụ kéo dài tuổi thọ tiên phong
Tuy nhiên, Christodoulopoulou cho rằng việc bảo dưỡng trên quỹ đạo cuối cùng sẽ tạo ra sự khác biệt đối với cách mọi thứ được thực hiện trong không gian và cả trạng thái của môi trường quỹ đạo.
"Số lần phóng vệ tinh dự kiến sẽ không tăng xuống, do đó sẽ có nhu cầu cao về quản lý chòm sao, tính linh hoạt, xử lý và kéo dài tuổi thọ", bà nói. "Tôi nghĩ rằng các dịch vụ trên quỹ đạo chắc chắn có thể giúp ngăn ngừa sự tích tụ của các mảnh vỡ không gian và duy trì tính bền vững lâu dài trên quỹ đạo."
Chính phủ Hoa Kỳ chắc chắn nghĩ rằng kéo dài tuổi thọ là con đường phía trước. Ngoài việc tài trợ cho thí nghiệm Arkysis, Lực lượng Không gian còn tài trợ cho các sứ mệnh Tetra-5 và Tetra-6 để thử nghiệm các công nghệ tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo trong không gian. Hai nhiệm vụ được thiết kế để thử nghiệm phần cứng do Orbit Fab, Astroscale và Northrop Grumman phát triển, dự kiến sẽ phóng vào năm 2026 và 2027.
Ngoài ra, căng thẳng địa chính trị gia tăng đang làm tăng nhu cầu triển khai nhanh chóng các hệ thống mới trong không gian, mà Barnhart cho biết, có thể giải quyết nhanh hơn bằng các hệ thống bảo dưỡng như Cảng, thay vì chế tạo tàu vũ trụ mới từ đầu trên Trái đất.
Barnhart cho biết: "Nếu có mối đe dọa mới được xác định, bạn có thể cần một loại cảm biến mới hoặc một tải trọng mới để quan sát nó". "Nếu chúng ta có thể tăng cường các vệ tinh mà chính phủ đã lắp đặt và cung cấp cho chúng một khả năng mới, một cảm biến mới, chúng ta có thể giải quyết những mối đe dọa đó nhanh hơn nhiều."
Christodoulopoulou cho rằng các quy định mới được thiết kế để bảo vệ môi trường và hạn chế ô nhiễm không khí liên quan đến việc vệ tinh quay trở lại có thể giúp thúc đẩy hơn nữa nền văn hóa ít vứt bỏ hơn trong việc sử dụng không gian.
"Cần phải có một vài thay đổi," Christodoulopoulou cho biết. "Cần phải nâng cao nhận thức hơn nữa trong số các nhà khai thác vệ tinh để hiểu rằng dịch vụ trên quỹ đạo mang lại giá trị lâu dài. Nhưng về phía chính phủ, cũng cần có nhiều quy định hơn để hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ trên quỹ đạo."
Cách tiếp cận dùng một lần khiến một số nhà nghiên cứu lo ngại, vì quá nhiều nhôm đang cháy trong khí quyển những ngày này, đe dọa gây ra một thảm họa môi trường loại mới trong những thập kỷ tới. Nhưng chúng ta có thể làm gì? Chúng ta có nên quay lại cuộc cách mạng vũ trụ và đặt ra giới hạn cho những gì chúng ta có thể làm trong không gian không? Hay nền kinh tế tuần hoàn, kéo dài tuổi thọ, tái chế và tái sử dụng có thể là giải pháp cho các tác động phụ bẩn thỉu của ngành công nghiệp vũ trụ?
Những người ủng hộ dịch vụ và tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo ca ngợi tiềm năng của công nghệ này. Nhưng hầu hết các nhà phân tích vẫn thận trọng: Nếu không có các quy định nghiêm ngặt về môi trường, chi phí dự kiến cho dịch vụ trên quỹ đạo có thể không thu hút được các nhà điều hành vệ tinh chuyển sang công nghệ có thể tái sử dụng hàng loạt.
Dave Barnhart, giám đốc điều hành của công ty hàng không vũ trụ Arkysis có trụ sở tại California, lần đầu tiên bắt đầu phát triển các khái niệm về công nghệ vệ tinh có thể tái chế cách đây khoảng 15 năm như một phần của dự án mà ông giám sát tại DARPA (Cơ quan các dự án nghiên cứu tiên tiến về quốc phòng). Ông và các đồng nghiệp đã nghiên cứu cách thiết lập một cơ sở tái chế vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh — khu vực cách bề mặt Trái đất khoảng 22.000 dặm (36.000 km) nơi các vệ tinh xuất hiện cố định trên một điểm phía trên đường xích đạo.
"Chúng tôi muốn biết liệu chúng tôi có thể sử dụng các bộ phận từ vệ tinh địa tĩnh cũ để tái tạo những vệ tinh mới hay không, vì khối lượng đã có ở đó", Barnhart nói với Space.com.
Vành đai địa tĩnh là nơi có một số vệ tinh lớn nhất và đắt nhất. Trên hết, khoảng cách xa giữa Trái Đất và quỹ đạo này khiến các sứ mệnh địa lý vốn đã tốn kém, vì chúng đòi hỏi những tên lửa mạnh nhất với nhiều nhiên liệu để đến đích.
Tuy nhiên, Arkysis, công ty mà Barnhart đồng sáng lập vào năm 2015, đang tập trung vào quỹ đạo Trái Đất tầm thấp (LEO) — vùng ồn ào gần Trái Đất nhất ở độ cao khoảng 1.200 dặm (2.000 km). Arkysis hy vọng sẽ thiết lập một kho tiếp nhiên liệu và bảo dưỡng trên quỹ đạo có tên là Cảng ở LEO. Mục tiêu chính là dẫn đầu một cuộc cách mạng xanh ở khu vực này, nơi tạo ra hàng nghìn tấn rác vũ trụ nguy hiểm mỗi năm.
"Cho đến nay, mọi thứ chúng tôi từng thiết kế để đưa vào không gian đều là một sứ mệnh, một cuộc sống", Barnhart nói với Space.com. "Thật là điên rồ. Mọi lĩnh vực khác trên Trái Đất, chúng tôi đều duy trì, chúng tôi duy trì, chúng tôi phát triển. Không phải trong không gian."
Năm 2023, Arkysis đã ký được thỏa thuận trị giá 1,6 triệu đô la với Lực lượng Không gian Hoa Kỳ để thử nghiệm lắp ráp vệ tinh trên quỹ đạo bằng cách sử dụng mô-đun demo Port — một khối xây dựng cơ bản của một gara và trạm xăng có thể mở rộng trên quỹ đạo. Công ty muốn phóng thành phần đầu tiên của kho quỹ đạo này vào năm tới — một thiết bị vận chuyển chặng cuối có tên là Cutter, được thiết kế để giúp các vệ tinh kết nối với nhà để xe.
Vào năm 2027, mô-đun Port chính, một cấu trúc hình lục giác rộng khoảng 9 feet (3 mét), sẽ tham gia Cutter trên quỹ đạo để thử nghiệm cách các giao diện cơ học của hai cấu trúc này hoạt động cùng nhau trong không gian. Port, ngoài chức năng là kho nhiên liệu, sẽ đến với nguồn cung cấp các thành phần và tải trọng có thể được gắn vào các vệ tinh cũ để mang lại cho chúng một cuộc sống mới.
"Ngày nay, mọi thứ trên vệ tinh đều được thực hiện trên mặt đất và vệ tinh được phóng với ngày kết thúc", Barnhart cho biết. "Chúng tôi muốn thay đổi điều đó để cho phép mở rộng cả hai — cuộc sống và kinh doanh — sau khi phóng. Chúng tôi muốn có thể thêm các nguồn doanh thu mới sau khi phóng. Bạn có thể làm được điều đó nếu bạn có thể thêm một cái gì đó, thay đổi một cái gì đó trên quỹ đạo hoặc thậm chí bán vệ tinh đó cho người khác có thể biến nó thành một phần của nền tảng lớn hơn."
Máy ảnh hoặc ăng-ten có thể được thay thế bằng những cái mạnh hơn sau khi chúng được phát triển, pin cũ có thể được đổi thành pin hoàn toàn mới và bình nhiên liệu sẽ được nạp lại.
Trên lý thuyết thì mọi thứ đều hợp lý, nhưng Dafni Christodoulopoulou, nhà phân tích ngành công nghiệp vũ trụ tại công ty tư vấn Analysis Mason, cảnh báo rằng việc các nhà khai thác vệ tinh có muốn từ bỏ cách thức dùng một lần của họ hay không sẽ phụ thuộc vào chi phí của các dịch vụ bảo trì trên quỹ đạo. Bà cho biết LEO hiện đang bị chi phối bởi các vệ tinh nhỏ, tương đối rẻ, có thể được thay thế với chi phí rẻ hơn so với việc chúng được bảo dưỡng và bảo trì.
"Hiện tại, chúng tôi dự kiến các dịch vụ trên quỹ đạo sẽ có chi phí khá cao đối với các nhà khai thác vệ tinh nhỏ", Christodoulopoulou nói với Space.com. "Các nhà khai thác có thể không quan tâm đến những dịch vụ đó, vì giá xây dựng một vệ tinh mới có thể không cao hơn giá của một nhiệm vụ bảo dưỡng."
Barnhart đồng ý rằng ngành dịch vụ trên quỹ đạo còn non trẻ có thể sẽ phải đối mặt với sự phản đối không chỉ từ các nhà khai thác mà còn từ các nhà sản xuất vệ tinh, những người có thể cảm thấy bị đe dọa bởi ý tưởng về khả năng tái sử dụng và kéo dài tuổi thọ.
"Mỗi khi bạn muốn thực hiện một sự thay đổi lớn như thế này, đó sẽ là một mối đe dọa", Barnhart nói. "Các nhà sản xuất vệ tinh kiếm tiền bằng cách chế tạo thêm nhiều vệ tinh để vứt bỏ. Có thể mất một thời gian để họ nhận ra rằng bằng cách lắp các giao diện cho phép bảo dưỡng vệ tinh, họ thực sự có thể thêm một số chức năng thú vị vào chúng sau khi phóng."
Các câu chuyện liên quan:
— Hội chứng Kessler và vấn đề rác vũ trụ
— Ô nhiễm từ các vụ phóng tên lửa và vệ tinh bị đốt cháy có thể gây ra tình trạng khẩn cấp về môi trường tiếp theo
— 2 vệ tinh tư nhân tách khỏi nhau sau nhiệm vụ kéo dài tuổi thọ tiên phong
Tuy nhiên, Christodoulopoulou cho rằng việc bảo dưỡng trên quỹ đạo cuối cùng sẽ tạo ra sự khác biệt đối với cách mọi thứ được thực hiện trong không gian và cả trạng thái của môi trường quỹ đạo.
"Số lần phóng vệ tinh dự kiến sẽ không tăng xuống, do đó sẽ có nhu cầu cao về quản lý chòm sao, tính linh hoạt, xử lý và kéo dài tuổi thọ", bà nói. "Tôi nghĩ rằng các dịch vụ trên quỹ đạo chắc chắn có thể giúp ngăn ngừa sự tích tụ của các mảnh vỡ không gian và duy trì tính bền vững lâu dài trên quỹ đạo."
Chính phủ Hoa Kỳ chắc chắn nghĩ rằng kéo dài tuổi thọ là con đường phía trước. Ngoài việc tài trợ cho thí nghiệm Arkysis, Lực lượng Không gian còn tài trợ cho các sứ mệnh Tetra-5 và Tetra-6 để thử nghiệm các công nghệ tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo trong không gian. Hai nhiệm vụ được thiết kế để thử nghiệm phần cứng do Orbit Fab, Astroscale và Northrop Grumman phát triển, dự kiến sẽ phóng vào năm 2026 và 2027.
Ngoài ra, căng thẳng địa chính trị gia tăng đang làm tăng nhu cầu triển khai nhanh chóng các hệ thống mới trong không gian, mà Barnhart cho biết, có thể giải quyết nhanh hơn bằng các hệ thống bảo dưỡng như Cảng, thay vì chế tạo tàu vũ trụ mới từ đầu trên Trái đất.
Barnhart cho biết: "Nếu có mối đe dọa mới được xác định, bạn có thể cần một loại cảm biến mới hoặc một tải trọng mới để quan sát nó". "Nếu chúng ta có thể tăng cường các vệ tinh mà chính phủ đã lắp đặt và cung cấp cho chúng một khả năng mới, một cảm biến mới, chúng ta có thể giải quyết những mối đe dọa đó nhanh hơn nhiều."
Christodoulopoulou cho rằng các quy định mới được thiết kế để bảo vệ môi trường và hạn chế ô nhiễm không khí liên quan đến việc vệ tinh quay trở lại có thể giúp thúc đẩy hơn nữa nền văn hóa ít vứt bỏ hơn trong việc sử dụng không gian.
"Cần phải có một vài thay đổi," Christodoulopoulou cho biết. "Cần phải nâng cao nhận thức hơn nữa trong số các nhà khai thác vệ tinh để hiểu rằng dịch vụ trên quỹ đạo mang lại giá trị lâu dài. Nhưng về phía chính phủ, cũng cần có nhiều quy định hơn để hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ trên quỹ đạo."
