5 phút đọc
Khi bình nhiên liệu cạn đáy, một vệ tinh không ngay lập tức ngừng hoạt động hoàn toàn hay rơi xuống Trái Đất ngay lập tức. Tùy thuộc vào độ cao vận hành và chiến lược của nhà điều hành, phương tiện có thể tiếp tục trôi dạt trên không gian trong hàng thập kỷ, tự bốc cháy khi lao qua tầng khí quyển hoặc được chủ động đưa vào các “quỹ đạo nghĩa địa”.
Vẫn hoạt động điện tử nhưng mất khả năng điều chỉnh quỹ đạo
Về nguyên lý vận hành, động cơ đẩy của vệ tinh đảm nhận nhiệm vụ nâng cao hoặc hạ thấp quỹ đạo, giúp điều chỉnh vị trí chính xác và chủ động tránh các nguy cơ va chạm đã được dự báo. Khi cạn kiệt nhiên liệu đẩy, vệ tinh sẽ mất hoàn toàn khả năng thực hiện các thao tác né tránh này, trừ trường hợp có sự hỗ trợ từ hệ thống đẩy ngoài hoặc các tàu bảo dưỡng vũ trụ.
Tuy nhiên, việc hết nhiên liệu không đồng nghĩa với việc các hệ thống điện tử bị vô hiệu hóa ngay lập tức. Phần lớn vệ tinh duy trì nguồn điện nhờ các tấm pin mặt trời và hệ thống pin lưu trữ. Ngoài ra, thiết bị có thể sử dụng bánh đà phản lực chạy bằng điện hoặc các công cụ từ tính để kiểm soát và duy trì hướng quay trong không gian.
Số phận khác biệt giữa quỹ đạo thấp và quỹ đạo địa tĩnh
Độ cao vận hành đóng vai trò quyết định đến kịch bản cuối cùng của một vệ tinh hết hạn:
- Tại quỹ đạo thấp của Trái Đất (LEO): Vệ tinh vẫn chịu tác động từ lực cản của lớp không khí loãng. Khi mất lực đẩy để duy trì độ cao, con tàu mất dần năng lượng và bị kéo xuống các tầng khí quyển dày đặc hơn. Theo dữ liệu từ Space Atlas, vệ tinh có thể lao vào tầng thượng quyển với tốc độ lên tới 27.300 km/h (đủ để di chuyển qua toàn bộ lục địa Mỹ trong 10 phút). Trong vài phút, ma sát mạnh xé toạc các tấm pin mặt trời, làm nóng chảy hoặc bốc hơi các linh kiện kim loại, khiến vệ tinh vỡ vụn ở độ cao hàng chục kilômét.
- Tại quỹ đạo địa tĩnh (khoảng 35.786 km phía trên xích đạo): Lực cản khí quyển ở độ cao này gần như bằng không. Do đó, vệ tinh không bị rơi về Trái Đất mà sẽ vô định trôi nổi trong không gian suốt hàng thập kỷ hoặc lâu hơn nếu không có sự can thiệp.
Quy trình “khai tử” an toàn và giải pháp khử hoạt tính
Để tránh biến vệ tinh thành mối nguy hiểm trên không gian, các nhà vận hành thường chủ động xử lý trước khi bình nhiên liệu cạn kiệt hẳn:
Đối với vệ tinh ở quỹ đạo thấp, nhiên liệu còn lại được dùng để hạ độ cao, tăng tốc độ hồi quyển hoặc điều hướng cho tàu rơi xuống các vùng đại dương hẻo lánh thông qua quá trình rơi có kiểm soát.
Đối với vệ tinh địa tĩnh, theo Aerospace Global News, phương tiện thường được đẩy lên “quỹ đạo nghĩa địa” nằm cao hơn vị trí hoạt động khoảng 350 km. Điển hình như vệ tinh thông tin TDRS-1 của NASA, sau hơn 26 năm phục vụ, các kiểm soát viên đã nâng độ cao của nó lên thêm 350 km, xả toàn bộ nhiên liệu còn lại và ngắt kết nối nguồn năng lượng.
Một bước quan trọng khác trong quy trình loại bỏ vệ tinh là khử hoạt tính (passivation) nhằm ngăn ngừa nguy cơ phát nổ tạo ra mảnh vỡ vũ trụ. Theo Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA), quy trình này bao gồm việc xả hết nhiên liệu dư thừa, nén khí và ngắt kết nối pin.
Ví dụ, nhiệm vụ GRACE-FO của NASA đã lên kế hoạch khử toàn bộ nhiên liệu đẩy, ngắt kết nối pin mặt trời và tắt máy phát tín hiệu. Tương tự, vào năm 2011, ESA đã hạ quỹ đạo vệ tinh ERS-2 và dùng hết nhiên liệu còn lại, giúp rút ngắn thời gian tồn tại trên quỹ đạo của nó từ hơn 200 năm xuống còn dưới 15 năm.
Bài toán cân bằng và điều người dùng công nghệ cần theo dõi
Việc tính toán lượng nhiên liệu cuối cùng là một thách thức lớn đối với các nhà điều hành. Nếu sử dụng quá nhiều nhiên liệu để kéo dài thời gian thương mại, vệ tinh sẽ không còn đủ khả năng tự thực hiện quy trình “khai tử” an toàn, gây chiếm dụng vị trí và đe dọa các vệ tinh mới.
Trong tương lai, xu hướng xử lý rác thải vũ trụ đang dịch chuyển sang việc sử dụng các tàu vũ trụ bảo dưỡng để tiếp cận, kẹp chặt và điều chỉnh quỹ đạo cho các vệ tinh đã hỏng. ESA hiện đang phát triển các công nghệ dọn rác vũ trụ cùng tiêu chuẩn thiết kế tự hủy, bao gồm việc chuẩn hóa cổng kết nối và trang bị thiết bị định vị trên vệ tinh mới. Điều giới quan sát công nghệ cần tiếp tục theo dõi là khả năng thương mại hóa các dịch vụ dọn rác vũ trụ này cũng như việc áp dụng chuẩn kết nối chung trên toàn ngành trong thời gian tới.
Nguồn tham khảo: Xem bài gốc
