Этот ответ на вопрос Насколько низко VLEO? (последнее одобрение FCC для SpaceX) предполагает, что VLEO начинается (или заканчивается, я думаю) на 350 км.
Две плохие вещи, о которых я знаю в VLEO, — это повышенная скорость потери высоты из-за атмосферного сопротивления и эффекты атомарного кислорода (атомы O вместо молекул O2), которые очень реактивны со многими стандартными материалами для космических полетов, которые хорошо работают на больших высотах. Спутники, использующие VLEO, обычно имеют одну или несколько характеристик:
Вопрос: Какие технологии позволяют или, по крайней мере, помогают работе спутников на очень низкой околоземной орбите (VLEO)? Очевидно , что электрические силовые установки относятся к одной категории, но существуют ли определенные типы, которые более эффективны в плане VLEO, чем «заурядные» ксеноновые двигатели COTS? Существуют ли новые материалы, которые позволяют использовать VLEO из-за их устойчивости к атомарному кислороду? Специальные компоненты или альтернативные конструкции, отличные от тех, что используются в обычных НОО, снижающие лобовое сопротивление?
Фон:
Да, мне известно о ряде различных технологий, которые разрабатываются специально для того, чтобы спутники могли устойчиво работать на более низких орбитах. Проект DISCOVERER (European Horizon 2020) направлен на разработку некоторых из этих основополагающих технологий, и новая американская компания Skeyeon также имеет несколько патентов в этой области.
Материалы для орбитальной аэродинамики
Атмосфера в VLEO сильно разрежена, и аэродинамика в VLEO в основном определяется взаимодействиями, которые происходят непосредственно между падающими частицами газа и поверхностями космического корабля. Эти взаимодействия газа с поверхностью (GSI) зависят от свойств поверхности и газовых частиц. Если на поверхности происходит значительный обмен энергией или импульсом, испытываемое сопротивление будет, как правило, высоким. Однако, если можно уменьшить обмен энергией или импульсом на поверхности, то сопротивление можно уменьшить, увеличив время жизни на орбите и уменьшив требования к компенсации тягового сопротивления.
Состав атмосферы в VLEO также характеризуется относительно высокой концентрацией атомарного кислорода, реактивного газа, который может адсорбироваться на поверхностях, вызывая загрязнение, а также вызывать эрозию поверхности. Оба эти процесса приводят к тому, что типичные материалы в среде VLEO создают ощутимое сопротивление.
В настоящее время проводятся исследования новых материалов, чтобы определить те, которые идеально устойчивы к поверхностной адсорбции и эрозии атомарным кислородом и обладают свойствами GSI, которые могут уменьшить сопротивление. Некоторые интересные кандидаты включают самопассивирующиеся полимеры, тонкие оксидные покрытия, нанокомпозиты и другие двумерные материалы. Однако пока эти материалы не были испытаны на орбите или полностью охарактеризованы в аналогичных условиях окружающей среды. Видеть:
Чтобы добиться снижения сопротивления, эти материалы также должны сочетаться с соответствующими конструкциями или концепциями для спутников, которые имеют поверхности с малыми углами падения по отношению к набегающему потоку.
Электродвигатель с атмосферным дыханием (ABEP)
В то время как любое улучшение электрической тяги поможет компенсировать лобовое сопротивление в VLEO, объем/масса топлива, запущенного со спутником, по-прежнему будет ограничивать срок службы, если только дополнительное топливо не может быть доставлено на орбите или спутник не будет повторно разгоняться (например, МКС) 7 ). Кроме того, на очень малых высотах тяга, необходимая для компенсации сопротивления, значительно возрастает, и баланс между тягой, удельным импульсом и мощностью становится еще более проблематичным.
Системы ABEP предлагают собирать частицы из остаточного атмосферного потока и использовать их в качестве топлива в электрическом двигателе, что устраняет необходимость носить топливо на борту. Ключевые технологические вопросы включают в себя конструкцию атмосферных воздухозаборников, которые могут эффективно собирать и улавливать разреженные атмосферные частицы для использования в качестве топлива, и конструкцию электрических двигателей, которые могут работать с различными массовыми расходами. Двигатели также должны иметь достаточный срок службы при использовании собранного атмосферного топлива, что является проблемой из-за возможной эрозии электродов.
Некоторые интересные недавние разработки включают первую наземную демонстрацию прототипа RAM-EP ЕКА и запуск индуктивного плазменного двигателя IRS на базе Helicon в Штутгартском университете, который является бесконтактным (т.е. без ускоряющих решеток, электродов, нейтрализаторов) и не не страдать от эрозии.
Аэродинамическое положение и управление орбитой
Аэродинамические силы и крутящие моменты на спутниках часто считаются возмущением. Однако при правильном использовании они могут помочь выполнять маневры управления ориентацией или орбитой, которые снижают требования к обычным системам управления ориентацией и орбитой. Примеры управления орбитой включают обслуживание созвездия, групповой полет, сближение и наведение на интерфейс входа в атмосферу. Концепции управления ориентацией включают в себя наведение, управление импульсом и балансировку. В настоящее время эти методы управления обычно ограничены низким аэродинамическим отношением подъемной силы к лобовому сопротивлению обычных материалов. Тем не менее, существует обширная литература по этим различным концепциям.
Маневры на основе дифференциального сопротивления использовались на орбите и раньше, например, для развертывания элементов группировки Planet Labs и демонстрации поддержания относительного строя миссией AeroCube-4 . MagSat также продемонстрировал использование аэродинамического управления для выполнения некоторого управления балансировкой и импульсом реактивных колес.
Датчики атмосферы
Реализация как ABEP, так и аэродинамического контроля выиграла бы от новых датчиков, которые могут предоставлять информацию о плотности атмосферы на месте, составе и скорости набегающего потока. Такие датчики для разреженных потоков в настоящее время не обладают той комбинацией чувствительности и отклика, которую можно было бы использовать «в контуре» для этих приложений.