Hãy tưởng tượng bạn là một phi hành gia thực hiện các thí nghiệm khoa học và nhào lộn trên không tuyệt đẹp. Bộ đàm Mission Control mà tất cả nhân viên trạm vũ trụ nên sơ tán đến các phương tiện cứu hộ vì một mảnh vụn không gian chết người đang tiến về phía bạn.
Kịch bản này không phải là khoa học viễn tưởng. Vào tháng 6 năm 2011, Tạp chí vũ trụ báo cáo rằng sáu thành viên phi hành đoàn trên tàu của Trạm vũ trụ quốc tế được yêu cầu trú ẩn trong tàu vũ trụ Soyuz của Nga. Khi càng nhiều vệ tinh đến hết tuổi thọ hoạt động, sẽ có nhiều trường hợp khẩn cấp rác không gian trong không gian và trên mặt đất, chắc chắn có kết quả ít dễ chịu hơn. Cho đến nay, xã hội xa không gian trẻ của chúng ta đã gặp may mắn: ISS đã có thể tránh khỏi rác không gian, và các vệ tinh rơi xuống, không kiểm soát được đã rơi xuống đại dương. Nhưng một ngày nào đó may mắn của chúng ta sẽ hết.
Có hy vọng, tuy nhiên. Một bài báo mới có tiêu đề Loại bỏ mảnh vỡ quỹ đạo bằng tia laser được công bố trên arXiv đề xuất sử dụng hệ thống laser xung năng lượng cao từ Trái đất để tạo ra các tia plasma trên các mảnh vụn không gian, làm chậm chúng một chút, khiến chúng quay trở lại và đốt cháy trong bầu khí quyển hoặc rơi xuống đại dương.
Claude Phipps và nhóm của ông từ một công ty công nghệ cao có tên Photonic Associates đã phác thảo phương pháp của họ, được gọi là Laser Orbital Debris Removal (LODR) sử dụng công nghệ laser 15 năm hiện có sẵn.
Nhóm nghiên cứu nhận ra rằng, ba mươi lăm năm vệ sinh kém trong không gian đã tạo ra hàng trăm nghìn mảnh vụn không gian lớn hơn một cm trong dải quỹ đạo Trái đất thấp (LEO). Chúng có thể không giống như những vật thể lớn, nhưng với mật độ năng lượng của thuốc nổ, thậm chí một con chip sơn lớn có thể gây ra thiệt hại lớn.
Loại bỏ các mảnh vỡ là một nhiệm vụ cấp bách bởi vì số lượng các mảnh vỡ hiện có trong không gian đặt ra vụ va chạm tầng tầng chạy trốn, với các vật thể va chạm với nhau, tạo ra nhiều mảnh vỡ hơn.
Có những giải pháp khác ngoài việc tạo ra một máy bay phản lực plasma, nhưng chúng có xu hướng vừa kém hiệu quả vừa tốn kém hơn. Một tia laser có thể được sử dụng để nghiền nát một vật thể thành bụi, nhưng điều này sẽ tạo ra một tia phun nóng chảy không thể kiểm soát, làm cho vấn đề trở nên tồi tệ hơn.
Vật lộn hoặc gắn một bộ dụng cụ khử quỹ đạo đều có thể có hiệu quả. Thật không may, chúng đòi hỏi rất nhiều nhiên liệu do phải tăng tốc để bắt đối tượng, điều này dẫn đến một giải pháp tốn kém hơn - khoảng 27 triệu đô la mỗi đối tượng. Cuối cùng, có tùy chọn hạt nhân là giải phóng khí, sương mù hoặc khí quyển để làm chậm các vật thể, nhưng điều này sẽ ảnh hưởng đến cả tàu vũ trụ hoạt động và không hoạt động.
Trong bài báo của mình, Phipps và nhóm của ông nói rằng việc loại bỏ rác vũ trụ bằng cách tạo ra một tia plasma có chiều dài vài giây bằng tia laser là giải pháp tốt nhất, chỉ tốn 1 triệu đô la cho mỗi vật thể lớn được loại bỏ và vài nghìn cho các vật thể nhỏ. Hơn nữa, các vật thể nhỏ hơn có thể được quay quanh quỹ đạo chỉ trong một quỹ đạo và một chòm sao của 167 đối tượng khác nhau có thể được xử lý (đánh bằng tia laser) trong một ngày, mất 4,9 năm để quay lại bầu khí quyển.
Tất cả 167 đối tượng phải được theo dõi cẩn thận để không thay đổi con đường diệt vong của họ cho điều tồi tệ hơn; tuy nhiên, có thể sử dụng hệ thống để điều chỉnh quỹ đạo của rác không gian. Điều đó đang được nói, mức độ theo dõi mảnh vỡ không gian hiện tại không đủ để thực hiện LODR, nhưng có một lợi ích kép là loại bỏ dễ dàng hơn và tránh tốt hơn với cải thiện theo dõi mảnh vỡ. Theo dõi tốt hơn sau đó sẽ cho phép kiểm soát tốt hơn điểm nhập lại và điều chỉnh quỹ đạo bằng LODR, nếu cần.
Làm thế nào một cú đẩy nhẹ từ laser có thể thay đổi quỹ đạo? Trong khi tia laser không nổ tung các mảnh vụn ra khỏi không khí, nó vẫn hiệu quả vì bản chất của cơ học quỹ đạo.
Hãy tưởng tượng một khối lập phương cần được xử lý ở độ cao thấp, quỹ đạo tròn hoàn hảo. Vòi từ một tia laser công suất cao và tia plasma được tạo ra sẽ đẩy khối lập phương ra xa, cách xa Trái đất (độ cao cao hơn) và vào quỹ đạo hình elip hơn.
Điều này có vẻ như là một ý tưởng khủng khiếp trong thời gian cubesat dành ở độ cao lớn hơn, nhưng khi nó đi được một nửa vòng tròn, nó cắt không khí ở độ cao thấp hơn kể từ khi hình elip bị vênh do điều chỉnh bởi tia laser. Vì độ cao thấp tương ứng với lực cản nhiều hơn, cubesat chậm lại và khóa vào quỹ đạo thấp hơn. Đây là lý do tại sao các quỹ đạo hình elip cao được gọi là quỹ đạo chuyển, vì chúng thay đổi làn đường trên đường cao tốc của không gian. Bây giờ, với quỹ đạo chuyển hoàn thành, cubesat bị làm chậm đủ để quỹ đạo của nó không còn có thể đạt được bởi cubesat. Các cubesat sau đó rơi ra khỏi bầu trời.
Phần cốt lõi của nghiên cứu về LODR liên quan đến bầu khí quyển vì tia laser có thể trở nên không tập trung nếu nhiễu loạn khí quyển không được giải quyết. LODR rất phức tạp vì sự hỗn loạn trong bầu khí quyển gây ra các biến dạng như những gì bạn nhìn thấy trên đường vào một ngày hè nóng bức hoặc giống như những gì bạn nhìn thấy khi nhìn qua chai thủy tinh. Sự phức tạp này ngoài việc nhắm trước cần thiết để bắn trúng mục tiêu, giống như mục tiêu phía trước cần thiết để đánh một người chơi đang chạy trong quả cầu.
Có hai cách để hủy bỏ nhiễu loạn. Đầu tiên, người ta có thể chiếu tia laser vào một vị trí đã biết trong khí quyển, kích thích các nguyên tử natri ở vị trí đó. Biết được chiều cao của chấm này trên bầu trời, hệ thống sau đó có thể uốn cong gương phản chiếu để đưa dấu chấm vào tiêu điểm từng khoảnh khắc. Sau đó nó có thể bắn tự do.
Cách thứ hai liên quan đến việc sử dụng gương Liên hợp pha (PC), còn được gọi là bộ chỉnh sửa lại, có thể tự động hoàn tác nhiễu loạn bằng cách gửi ánh sáng, người đã biến đổi pha. Điều đó có nghĩa là nó sẽ gửi lại một chùm tia laser bị biến dạng ngược lại, mà sự biến dạng của chúng không được thực hiện bởi bầu khí quyển tạo ra một chùm tia laser sắc nét.
LODR không phải là viên đạn bạc. Có dây báo cáo rằng những lời chỉ trích chính của dự án như vậy sẽ đến từ cộng đồng quốc tế, họ có thể sợ rằng một tia laser đủ mạnh có thể được sử dụng cho các mục đích quân sự như đánh vào vệ tinh của kẻ thù. Có dây sau đó thực hiện một cuộc phỏng vấn với Kessler; NASA, cựu nhà khoa học cao cấp của NASA về nghiên cứu mảnh vỡ quỹ đạo cho biết, vì chính trị liên quan, nên bất kỳ đề xuất laser nào cũng đã chết khi đến. Tuy nhiên, Phipps khẳng định Có dâythat mà Nếu chúng ta có được sự hợp tác quốc tế đúng đắn, sẽ không ai tin rằng tia laser là vũ khí trong quần áo cừu.
Vẫn còn những vấn đề chưa được giải quyết, như Kessler chỉ ra, đánh vào phần sai của vật thể không gian sẽ có kết quả thảm hại. Bạn có thể bắn nhầm phần vệ tinh hoặc có thể bốc hơi đủ để khiến nó phát nổ. Mặc dù vậy, nghiên cứu cẩn thận về đối tượng có thể tránh mọi nguy hiểm.
