民用卫星进入极低地球轨道

AOES MEDIALAB/ESA

第一颗商业极低地球轨道卫星可能会在12月底前发射，这取决于中国航天科工集团公司（CASIC）和EOI Space的进展情况。两家公司都声称，他们正在引领一个超视距的想法，该想法将使卫星比今天快速增长的近地轨道（LEO）卫星星座更近地。

VLEO指的是大约100公里到300或400公里之间的轨道（确切的范围取决于你问谁），而LEO则从大约300或400千米开始，延伸到2000千米。VLEO中的第一颗卫星是20世纪60年代和70年代短命的美国间谍卫星，它们丢弃了胶片有效载荷，用于飞机的半空中捕获。很可能他们的后代仍在研究VLEO。

除此之外，欧洲航天局（ESA）于2009年至2013年在VLEO中运行了一颗卫星，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的超低空试验卫星在2017年创下了最低轨道记录，欧盟在2021年和2022年发射了9个月的VLEO技术试验台。然而，直到现在，还没有企业押注卫星的未来将包括非常低的轨道飞行器。

英国布里斯托Thales Alenia Space公司的项目经理Stephen Mellor表示：“电信行业对VLEO非常感兴趣，尤其是它的低延迟特点。”Mellor参与了一项研究，该研究发现了在约250公里轨道上运行电信卫星的优势。他说：“你需要数千颗卫星，几年前这可能很荒谬，但现在不一样了。”生产和发射成本的下降使三年来的轨道发射数量创下历史新高（https://arstechnica.com/space/2023/11/2023-has-been-another-year-with-a-record-number-of-orbital-launches/），这也使公司或可能进一步考虑VLEO卫星的巨大星座。

VLEO卫星不仅可以让科学家对地球进行更清晰的测量，还可以进行新的测量，例如绘制大气层在其高度的组成图以及它如何随时间变化。电信公司将能够将其一些基于地面的蜂窝和新兴的基于LEO的蜂窝基础设施转移到VLEO。此外，VLEO的有害辐射比更高的轨道更小，这使得使用更便宜的设备成为可能，以及更多其他优势。

所有这些非常低轨道的成果都引起了研究机构的关注。美国国防高级研究计划局（DARPA）表示愿意为具有“吸气式”推进技术的VLEO卫星的研究付费，10月，欧空局要求为VLEO应用提供新的想法。

据Space News报道（https://spacenews.com/chinas-casic-to-begin-launching-vleo-satellites-in-december/），CASIC计划到2030年发射300颗此类卫星。将卫星保持在VLEO中需要几乎连续的推进器助推，因为大气阻力会在六个月到一年内将卫星从VLEO中拉出。Thales Alenia Space公司去年赢得了欧空局的一份合同，研究VLEO卫星，这些卫星的飞机状形状可能有助于它们最大限度地减少来自这些高度的稀薄大气的阻力。Mellor说，该项目还将重点研究能够承受VLEO中原子氧腐蚀作用的材料。

斯图加特大学的空间技术专家Stefanos Fasoulas正在领导一个为期12年的VLEO卫星多大学研究项目，他说：“我们相信，在不久的将来，这部分太空将对科学应用和商业应用都非常重要。” 此次合作包括近20多个基础研究领域。“延长寿命是首要问题，”Fasoulas说。

事实上，美国国家航空航天局及其合作伙伴选择将国际空间站的轨道从约350公里提高到400公里，因为稳定其轨道需要大气阻力和燃料成本。对于未来的小型卫星来说，权衡可能会有所不同：将它们送入VLEO的成本更低，它们与地面通信所需的功率更低，当它们达到使用寿命的尽头时，它们会更快地燃烧，这有助于最大限度地减少空间垃圾和一连串碰撞可能向外扩散的可能性，造成越来越多的碎片，并在几十年内阻止安全进入太空，这一问题被称为凯斯勒综合症。

目标非常低的航天公司将不得不加强他们的航天器对抗VLEO中的原子氧，并更好地预测和处理可变的大气阻力，这种阻力在同一轨道上昼夜不一，并且由于太阳辐射而在较慢的周期内变化。Fasoulas的合作者将研究的问题之一是如何应对这种不可预测性。研究人员将研究捕捉一些减缓低轨道卫星速度的大气层，并将其转化为燃料，以帮助这些卫星保持在高空的可能性。起初，他们的研究将在地球表面、风洞、超级计算机和实验室进行。

Fasoulas说：“关键问题之一是我们如何从地面实验推断出真正的飞行。”如果CASIC和EOI Space成功，公司和研究人员可能很快就会有他们的第一个答案了。