Cảnh tượng trong các bộ phim khoa học viễn tưởng mô tả về tàu vũ trụ của những người tốt bị mắc kẹt trong một chùm tia vô hình và bị hút vào đó. Tuy nhiên, điều mà chúng ta ngày nay coi là chỉ tồn tại trong trí tưởng tượng của các bộ phim khoa học viễn tưởng có thể sớm trở thành hiện thực.
Các nhà khoa học đang phát triển một máy kéo tĩnh điện có thể áp dụng trong đời thực. Máy kéo này được gọi là chùm tia kéo. Tuy nhiên, chùm tia kéo này sẽ không thể kéo các phi công hay phi thuyền. Thay vào đó, nó sẽ sử dụng lực hút tĩnh điện để tiến hành việc đẩy những rác vũ trụ nguy hiểm ra khỏi quỹ đạo Trái đất một cách an toàn.
Vấn nạn rác thải vũ trụ
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp vũ trụ thương mại, dự kiến số lượng vệ tinh trên quỹ đạo Trái đất sẽ tăng đáng kể. Bãi vũ trụ mới này sẽ biến không gian xung quanh Trái đất thành một khu vực rác nạp khổng lồ có thể va chạm vào các tàu vũ trụ đang hoạt động, rơi xuống Trái đất, gây ô nhiễm cho tầng khí quyển và hạn chế tầm nhìn của chúng ta.
Theo cảnh báo của các chuyên gia, nếu không có sự kiểm soát, rác vũ trụ đang ngày càng gia tăng có thể làm trở ngại cho ngành thám hiểm vũ trụ đang phát triển mạnh mẽ.
Chùm tia kéo điện tĩnh có khả năng giảm khả năng rác vũ trụ bằng cách an toàn di chuyển những vệ tinh không hoạt động ra khỏi quỹ đạo Trái đất, nơi chúng sẽ tiếp tục di dời mà không gây hại. Mặc dù không giải quyết hoàn toàn vấn đề rác vũ trụ, ý tưởng này có một số lợi thế so với các phương pháp loại bỏ rác vũ trụ khác.
Cảm hứng từ các bộ phim khoa học viễn tưởng
Các chùm tia trong những bộ phim "Chiến tranh giữa các vì sao" và "Star Trek" đã thu hút tàu vũ trụ thông qua trọng lực nhân tạo hoặc một "trường năng lượng" không rõ ràng. Ý tưởng này đã làm cho Hanspeter Schaub, một giáo sư kỹ thuật hàng không vũ trụ tại đại học CU Boulder, cảm thấy truyền cảm hứng để phát triển một phiên bản thực tế.
Schaub lần đầu tiên có ý tưởng này sau khi xảy ra vụ va chạm vệ tinh lớn đầu tiên vào năm 2009. Trong vụ việc đó, vệ tinh liên lạc Iridium 33 đâm vào một tàu vũ trụ quân sự của Nga, tên là Kosmos 2251, mặc dù đã không còn hoạt động. Hậu quả của va chạm này là hơn 1.800 mảnh vụn tan ra trong quỹ đạo Trái đất.
Sau cơn kinh hoàng này, Schaub quyết tâm ngăn chặn sự việc tương tự xảy ra. Ông đã nhận ra rằng, việc kéo tàu vũ trụ ra khỏi khu vực nguy hiểm có thể được thực hiện bằng cách tận dụng lực hút giữa các vật tích điện dương và âm để khiến chúng "gắn kết" với nhau.
Schaub và đội ngũ của ông đã đạt được những tiến bộ và hiện tại, họ mong muốn một khi nào đó công nghệ chùm tia kéo có thể được áp dụng để di chuyển các vệ tinh không hoạt động ra khỏi quỹ đạo địa tĩnh (GEO) - quỹ đạo xoay quanh Trái đất.
Một tàu vũ trụ được trang bị súng điện tử sẽ sử dụng chùm tia kéo tĩnh điện để bắn các electron tích điện âm vào một vệ tinh mục tiêu đã ngừng hoạt động. Các electron sẽ truyền một điện tích âm vào vệ tinh trong khi để lại sự tích điện dương trong thiết bị phục vụ. Lực hút tĩnh điện giữa hai đối tượng sẽ giữ chúng lại bên nhau mặc dù có khoảng cách trống từ 20 đến 30 mét. Khi vệ tinh "dính" vào nhau, chúng sẽ bị kéo ra khỏi quỹ đạo mà không cần tiếp xúc.
Ưu điểm và hạn chế
Phương pháp sử dụng chùm tia kéo tĩnh điện có ưu điểm lớn hơn so với các phương pháp khác được đề xuất để loại bỏ rác vũ trụ là không cần chạm tới rác. Các nhà khoa học đã đề xuất các phương pháp không cần chạm khác, như sử dụng nam châm mạnh, tuy nhiên việc sản xuất nam châm khổng lồ vừa tốn kém vừa có thể gây trở ngại trong quá trình điều khiển.
Một hạn chế căn bản của hệ thống tia kéo tĩnh điện là tốc độ làm việc rất chậm, không đủ để dọn sạch các mảnh vụn nhỏ trong không gian, và do đó, không thể đảm bảo rằng quỹ đạo của GEO được hoàn toàn không có mảnh vụn.
Theo Schaub, nhóm chưa thực hiện phân tích chi phí toàn diện, tuy nhiên, nó có thể tiêu tốn hàng chục triệu đô la.
Hiện tại, các nhà nghiên cứu đang tiến hành một chuỗi thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm sạc tĩnh điện tại CU Boulder về tương tác giữa máy Plasma và tàu vũ trụ (ECLIPS). Buồng chân không là một buồng kim loại, có kích thước tương đương với một bồn tắm và được trang bị súng điện tử. Đây cho phép nhóm nghiên cứu tiến hành "những thí nghiệm độc đáo mà hiện tại ít ai có khả năng thực hiện được" nhằm mô phỏng tác động của máy kéo tĩnh điện ở quy mô nhỏ hơn.
