Небесни скитници: Надпреварата за спътници в най-ниските орбити досега

Новата космическа надпревара не е там, където може би смятате. Тя се случва съвсем близо – в най-близкия слой на космоса, точно на границата с атмосферата на Земята.

Високо в небето на Земята се разгръща нова надпревара за овладяване на пространството. В този регион, малко над границата, където започва космосът, компании се опитват да създадат нов клас смели спътници. Те не са нито височинни самолети, нито нискоорбитални сателити, а нещо междинно – апарати, които могат да се носят над планетата в неизследван регион, предлагайки огромни потенциални предимства.

В момента около 10 000 сателита обикалят Земята със скорости до 27 000 км/ч. Всеки от тях е в постоянно свободно падане и би се върнал на Земята, ако не беше огромната му странична скорост, която го държи в баланс между гравитацията и инерцията.

Сега се разработва нов клас спътници, които ще тестват пределите на тази динамика, опитвайки се да останат в изключително ниска орбита, известна като Много Ниска Земна Орбита (VLEO). Тези апарати ще трябва да се борят с увеличеното триене от земната атмосфера, което ги тласка надолу. Ако успеят, те биха могли да останат в орбита неопределено време.

„Когато започнеш да го описваш на хората, звучи като вечен двигател“, казва Спенс Уайз, старши вицепрезидент в аерокосмическата компания Redwire. „Вечен двигател не би трябвало да е възможен, но в този случай почти е.“

Няколко пионерски компании вече работят върху концепцията за спътници, които ще могат да се захранват, като събират въздух от горните слоеве на атмосферата и го използват за гориво – буквално в движение. Тази нова генерация орбитиращи апарати може да осигури ултра-висока резолюция на наблюдение на земната повърхност или свръхбързи комуникационни връзки.

Орбитите около Земята се определят според височината си. Високите орбити (около 36 000 км) са геостационарни и се използват за телекомуникации и метеорологични наблюдения. Средните орбити обхващат височини от 2000 до 36 000 км, а ниските – от 250 до 400 км, където се намира Международната космическа станция (МКС).

VLEO се намира още по-ниско – между 100 и 400 км. Предизвикателството в тази орбита е атмосферата, която създава огромно съпротивление. Колкото по-ниско се намира сателитът, толкова по-бързо ще бъде свален от орбита и ще изгори при повторно навлизане в атмосферата.

Въпреки това, някои мисии вече са експериментирали с VLEO. Например сателитът GOCE на Европейската космическа агенция (ЕКА), който през 2009 г. картографира гравитационното поле на Земята от височина 250 км. Той използва йонен двигател за да компенсира триенето, но изчерпа горивото си и изгоря в атмосферата през 2013 г.

Сега компании като Stellar Advanced Concepts, Kreios Space и Redwire разработват технологии за събиране на въздух от атмосферата, който ще се използва като гориво. Това се нарича въздушно-дишащо електрическо задвижване (ABEP). Концепцията включва улавяне на газови молекули от атмосферата, йонизирането им и изхвърлянето им назад, за да се генерира тяга.

„Ако можеш да генерираш тяга, равна на съпротивлението на въздуха, теоретично можеш да останеш в орбита завинаги“, казва Франческо Романо от Швейцарския плазмен център в Лозана.

Различни компании вече тестват ABEP, но практическата му приложимост в космоса предстои да бъде доказана.

Redwire разработва два сателита – SabreSat в САЩ и Phantom в Европа. Те ще използват аеродинамични форми и специални материали, за да намалят съпротивлението.

VLEO предлага огромни предимства – по-висока резолюция за сателитни снимки, по-бързи комуникационни връзки и по-малко космически отпадъци, тъй като апаратите естествено ще изгарят в атмосферата.

Очаква се пазарът за VLEO сателитни услуги да достигне 15 милиарда долара до 2032 г.

Въпреки това, орбитата крие рискове. Например, космическата буря през 2022 г. увеличи атмосферното съпротивление с 50%, което доведе до загуба на 40 нови сателита Starlink.

„В момента има надпревара“, казва Адриан Сенар Техедор от Kreios Space. „Който първи успее да овладее VLEO, ще въведе нова ера в космическите технологии.“