印度初创公司Bellatrix计划建造超低轨道卫星

Bellatrix Aerospace

轨道极低的卫星可以降低发射成本，提高传感和通信能力。印度初创公司Bellatrix Aerospace公布了一项航天器计划，该航天器将在200公里以下的高度运行，该公司表示，其目标是在2026年前发射第一颗卫星。

班加罗尔Bellatrix公司首席执行官Rohan Ganapathy表示，任何低于1200公里的轨道都被认为是低地球轨道（LEO），可以飞得离地球表面更近的卫星有很多好处。首先，超低地球轨道卫星可以为气候建模、农业和测绘等地球观测应用实现相对更高分辨率的成像。低轨道也减少了与地面站通信的延迟，Ganapathy说这可能使它们对支持6G电信网络具有吸引力。

在这些高度，卫星也会受到明显的大气阻力。因此，它们的轨道是“自清洁的”，这意味着它们在寿命结束时会迅速回落到地球上，从而减少空间碎片的问题。另一方面，保持超低地球轨道卫星在高空比传统卫星要困难得多。对抗阻力需要携带大量的推进剂来为航天器的发动机提供动力，这会增加飞行器的体积和重量，并严重限制它们的运行时间。

吸气式推进——在太空中

Bellatrix表示，他们通过开发一种新型的进气电力推进系统解决了这一挑战，该系统从高层大气中收集空气颗粒并将其用作推进剂。该公司最近在班加罗尔举行的2024年太空博览会上展示了该技术，此前该技术已成功进行了地面测试。Ganapathy说：“这就像一架拥有无限燃料供应的飞机，你可以随心所欲地维持下去。这将开辟许多新的机会，特别是对于6G、物联网和高光谱成像。”

Bellatrix成立于2015年，专门从事卫星推进系统的开发，今年早些时候完成了两台发动机的太空鉴定（https://www.thehindu.com/news/national/karnataka/bengaluru-space-start-up-bellatrix-aerospace-reports-success-of-its-payloads-launched-on-isros-poem-3/article67718406.ece#:~:text=Credit%3A%20SPECIAL%20ARRANGEMENT-,Bengaluru%20space%20start-up%20Bellatrix%20Aerospace%20reports%20success%20of%20its,1%20are%20now%20space%20qualified.）。

Arka 200是一种霍尔效应推进器，它利用电场将推进剂转化为电离等离子体，然后加速以提供推力。该公司的Rudra发动机用专有的环保推进剂取代了通常用于卫星推进系统的有毒肼。

但Ganapathy表示，该公司的长期目标一直是开发超低地球轨道卫星，自公司成立以来，他们一直在研究这个项目。他说：“我们想在制造发动机之前制造卫星。但我们不想进入一个已经拥挤的领域，那里有很多玩家在为更高的高度建造卫星。”

据悉，其设计的推进器长约2米，可携带50至70公斤的有效载荷。它将通过太阳能电池板阵列产生超过1千瓦的电力，设计运行距离为180公里至200公里。然而，Ganapathy说，在如此低的轨道上飞行需要解决两个相互关联的挑战——如何使用空气作为推进剂，以及如何在这些高度的稀薄大气中收集足够的空气。

霍尔推进器通常使用氙气等气体作为推进剂，因为它易于电离，化学惰性强，能够在高密度和高压下储存。相比之下，使用空气中的氮气和氧气作为推进剂需要比氙气多得多的能量电离成等离子体。因此，Ganapathy说，该公司创造了一种混合动力发动机，在霍尔效应推进器加速气体之前，该发动机使用无线电波将气体电离。

空气推进所需的创新

Ganapathy说，从高层大气中收集并压缩和储存足够量的氮和氧推进剂需要一些创新。收集更多的氮气和氧气通常意味着增加卫星上的进气口。但更大的进气口也会增加卫星的阻力，而更高的阻力会增加卫星对整体燃料的需求。因此，该公司不得不仔细优化卫星的尺寸和形状及其进气口，以平衡这些相互竞争的紧张局势。

尽管Ganapathy表示，该公司对优化问题的确切解决方案是一个商业机密，但他确实指出，其中一部分秘密是使用被动和主动压缩的组合。

该公司已经对发动机进行了地面测试，证明它可以有效地电离空气，并为轨道上的卫星提供足够的推力。但Ganapathy说，由于缺乏高层大气密度的数据，测试压缩系统更为复杂（https://www.mdpi.com/2072-4292/15/12/3128）。

因此，明年，该公司计划用其卫星的缩小版本进行演示任务。除了测试发动机和压缩系统的原型外，该任务还将携带各种探测器，收集200公里处的大气条件数据。该公司还在建造一个专门的测试设施，模拟以轨道速度飞入进气口的粒子，Ganapathy说，这对验证他们的模拟至关重要。

虽然发动机已经过验证，但航天器本身仍有工作要做。主要的突出挑战之一是开发一种惯性导航系统，该系统能够处理大气阻力引起的抖动增加，这是成像应用特别关注的问题。Ganapathy说：“你希望卫星尽可能稳定，所以它对你的制导、导航和控制系统提出了很多挑战。”

这位首席执行官表示，Bellatrix的目标是在2026年进行全面演示，但它并不是唯一一家瞄准航天工业这一新兴领域的公司。总部位于佛罗里达州的Redwire Space、总部位于加利福尼亚州的Skeyeon和英国的New Orbit都在积极开发旨在在极低轨道上运行的卫星。