Theo dự báo của Liên Hợp Quốc, lượng tài nguyên mà nhân loại tiêu thụ sẽ tăng gấp ba lần trong khoảng thời gian từ năm 2010 đến 2050. Kịch bản đó đã thôi thúc hàng loạt sáng kiến nhằm tái sử dụng và chuyển đổi sang những nguồn vật liệu và năng lượng bền vững trong những năm gần đây.
Tuy nhiên về lâu dài, để đáp ứng nhu cầu của các thế hệ tương lai, rõ ràng chúng ta sẽ phải tìm ra thêm những nguồn tài nguyên mới. Và khi “đất” đã cạn khô, con người lại hướng mắt lên bầu trời.
Năng lượng Mặt trời từ ngoài không gian
Được đề xuất đầu tiên bởi kĩ sư người Mĩ Peter Glaser, ý tưởng này sử dụng các vệ tinh nhân tạo mang theo pin mặt trời bay trên quỹ đạo và truyền năng lượng về các trạm trên Trái đất bằng công nghệ không dây.
Các vệ tinh này sẽ tránh được bóng mây và bụi mù trong không khí, cũng như không phụ thuộc vào thời tiết khí hậu hay các mùa thay đổi.
Ngoài ra, khi ở trên quỹ đạo địa tĩnh cách mặt đất khoảng 22.000 dặm (khoảng 35.400km), vệ tinh sẽ hầu như không bị ảnh hưởng bởi bóng đêm do Trái đất che khuất Mặt trời. Tất cả những ưu điểm đó sẽ tạo ra tiềm năng sản xuất điện mặt trời với hiệu suất gấp khoảng mười lần các tấm pin trên mặt đất.
Đến năm 2010, nhà sản xuất Astrium thuộc Công ty Không gian và Phòng thủ Hàng không châu Âu (EADS) đã bắt đầu tìm kiếm đối tác để cùng thử nghiệm. Năm 2011, Viện hàn lâm Quốc tế về Du hành vũ trụ (IAA) đã soạn ra Bản đánh giá Quốc tế Đầu tiên về Năng lượng Mặt trời trong Không gian.
Năm 2014, Cơ quan Thám hiểm Hàng không Nhật Bản thậm chí đã công bố kế hoạch xây dựng một hệ thống như vậy để cấp điện cho Tokyo trước năm 2030.
Báo cáo của IAA năm 2011 đã chỉ ra rằng “không có rào cản kĩ thuật cơ bản nào” ngăn chúng ta hiện thực hóa tham vọng này, và nhấn mạnh ba phương án thiết kế khả thi nhất.
Loại I: là kiểu cổ điển, sử dụng một dãy các tấm pin quang điện có thể xoay trong không gian để luôn hướng về phía mặt trời, kết nối với hệ thống truyền tải điện năng bằng vi sóng hướng về một trạm thu trên Trái đất.
Loại II: các dãy pin mặt trời sau khi tạo ra điện năng như Loại I sẽ truyền về mặt đất bằng laser, và một hệ thống thu nhận cũng vận hành bằng nguyên lí quang điện sẽ bắt lấy năng lượng này.
Loại III: Các dãy gương lớn sẽ đóng vai trò là bộ tập trung hội tụ ánh sáng về các tế bào quang điện, và điện năng sẽ được truyền về Trái đất bằng vi sóng. Đây được xem là thiết kế khả thi nhất.
Tin vui là tất cả các công nghệ cần thiết để chế tạo vệ tinh năng lượng mặt trời đều đã có sẵn, cùng với phương pháp truyền tải năng lượng qua khoảng cách xa bằng vi sóng hoặc laser cũng đã được chứng minh từ lâu. Giấc mơ của Peter Glaser có lẽ sẽ sớm trở thành hiện thực.
Khai khoáng từ tiểu hành tinh
Các tiểu hành tinh là những khối đá vụn còn sót lại từ quá trình hình thành các hành tinh, với đường kính từ vài mét đến hàng trăm cây số và hầu hết được tập trung trong một vành đai nằm xen giữa quỹ đạo của sao Hỏa và sao Mộc.
Vành đai tiểu hành tinh trong hệ Mặt trời của chúng ta
Dựa theo thành phần cấu tạo, các tiểu hành tinh được xếp vào ba loại chính là loại C (chứa nhiều hợp chất carbon, màu xám và là loại phổ biến nhất), loại S (phần lớn là silicate của sắt và magnesium, màu xanh lục tới đỏ), và loại M (metallic – chủ yếu gồm sắt và nickel nguyên chất cùng một ít kim loại quý thuộc nhóm bạch kim).
Theo ước tính, chỉ riêng một tiểu hành tinh giàu bạch kim có đường kính 500m cũng chứa lượng kim loại quý này gấp 174 lần sản lượng mỗi năm của toàn thế giới.
Lượng nước có trong loại C cũng sẽ là nguồn sống cho con người trong không gian và cung cấp oxy cho tên lửa hoạt động. Ngay cả loại đá “xoàng” nhất cũng có thể dùng làm vật liệu chắn bức xạ chết người trong vũ trụ. Với những tiềm năng đó, một số tiểu hành tinh trên thực tế đã được “định giá” hơn một trăm tỉ USD.
Các phương án đang được tính tới hiện nay là xây dựng căn cứ có người ở ngay trên tiểu hành tinh, hoặc đáp các tàu có khả năng tự vận hành khai thác xuống, hoặc mang những mẫu quặng thô về các trạm chế biến trên Trái đất.
Những “đoàn tàu tên lửa” sẽ chở khoáng sản về Trái đất (ảnh minh họa)
Hiện đã có hai công ty tham gia cuộc chơi là Planetary Resources và Deep Space Industries. Cả hai đang lên kế hoạch khởi động việc khai khoáng tiểu hành tinh với bước đi đầu tiên là tìm kiếm và thăm dò bằng các vệ tinh cỡ nhỏ.
Khai khoáng từ Mặt trăng
Về mặt thương mại, Mặt trăng là nguồn khoáng sản đầy hứa hẹn, trong đó trữ lượng quặng đáng kể bao gồm cobalt, sắt, vàng, palladium, platinum, titanium, tungsten và uranium. Thậm chí NASA vào năm 2009 đã xác nhận trên Mặt trăng có nước.
Song nguồn tài nguyên giá trị nhất có lẽ là khí helium-3 với tiềm năng dùng làm nhiên liệu sạch cho các lò phản ứng hạt nhân, không tạo ra chất thải phóng xạ nguy hại.
Helium-3 không có sẵn trên Trái đất, mà được Mặt trời tỏa ra và đã tích lũy lại trên bề mặt Mặt trăng qua hàng tỉ năm. Theo ước tính, hiện có hơn 1,1 triệu tấn helium-3 nằm trong lớp đất nông của Mặt trăng, và chỉ cần khoảng 100 tấn là đủ cung cấp nhiên liệu cho toàn bộ Trái đất trong một năm. Do đó mỗi tấn khí này hiện đáng giá hàng tỉ USD.
Hình minh họa một “khu chế xuất” trên Mặt trăng
Trên thực tế, Cơ quan Không gian châu Âu đã cấp kinh phí cho các thử nghiệm dùng máy in 3-D khổng lồ để làm ra nơi ở cho con người trên Mặt trăng. Cả Mĩ, Nga và Trung Quốc đều đang để mắt tới helium-3, trong đó Trung Quốc đã “nhanh tay” tiến hành chương trình thám hiểm bằng các tàu Hằng Nga, với mục tiêu đưa người lên Mặt trăng trong thập niên tới.
Tất cả những tham vọng trên nhằm khai thác các nguồn tài nguyên vô giá trong vũ trụ đều vô cùng khó khăn phức tạp, đầy rẫy hiểm nguy và tốn kém không tưởng. Nhưng đứng trước tương lai đầy bất ổn, đó lại là lựa chọn khả dĩ nhất của chúng ta. Để tiếp tục tồn tại và phát triển, nền văn minh nhân loại sẽ phải giương buồm lao thẳng vào không gian vô tận.