Спутники на сверхнизких орбитах: как VLEO меняют космос и связь

Сегодня на орбите Земли вращается около 15 тысяч спутников. Большинство из них, включая такие гиганты как МКС и телескоп Хаббл, находятся на низкой околоземной орбите - это примерно до 2 тысяч километров от поверхности. Но с каждым годом этот космический пояс становится все более загруженным: только проект Starlink планирует вывести на орбиту тысячи новых аппаратов.

Однако у инженеров и ученых есть альтернатива - сверхнизкая околоземная орбита, или VLEO. Это пространство всего в 100–400 километрах над Землей. Именно здесь, на границе атмосферы и космоса, открываются уникальные возможности для новых спутниковых технологий.

VLEO-спутники способны получать изображения с невероятной детализацией. Чем ближе аппарат к поверхности, тем четче картинка - это как смотреть на картину вплотную, а не издалека. Такие снимки востребованы в сельском хозяйстве, климатологии, при ликвидации последствий катастроф и, конечно, в военной сфере. Кроме того, связь с такими спутниками становится быстрее: сигналу нужно преодолеть меньшее расстояние, а значит, задержки минимальны. Это особенно важно для интернет-сервисов и телефонии, где каждая миллисекунда на счету.

Метеорологи тоже выигрывают: снимки облаков с малых высот позволяют точнее прогнозировать погоду. Неудивительно, что государственные структуры и частные компании активно инвестируют в развитие VLEO-аппаратов.

Но у сверхнизких орбит есть и свои подводные камни. Атмосфера здесь еще достаточно плотная, чтобы замедлять спутники. Аппараты, запущенные на такие высоты, могут сойти с орбиты за считанные недели или даже дни, сгорая в плотных слоях воздуха. Чтобы не упасть, спутник должен постоянно компенсировать сопротивление - как велосипедист, который не перестает крутить педали против ветра.

Для этого нужны особые двигатели. Обычные топливные системы быстро исчерпают свои запасы, ведь в VLEO двигатели должны работать практически без остановки. Но именно здесь инженеры нашли неожиданный выход: использовать саму атмосферу как топливо.

В университете Пенсильвании, совместно с коллегами из Georgia Tech, команда ученых разрабатывает новый тип двигателя для высот 70–90 километров. Это даже ниже, чем стандартная сверхнизкая орбита, и задача усложняется многократно. Их идея проста и гениальна: аппарат собирает атмосферный газ с помощью специального «совка», затем нагревает его мощными микроволнами и выбрасывает наружу через сопло. Так спутник получает необходимый импульс для движения вперед. В лаборатории уже испытан прототип такого двигателя в условиях, имитирующих давление на высоте 80 километров. Технология обещает быть особенно эффективной там, где атмосфера еще достаточно плотная.

На больших высотах, где воздуха меньше, инженеры ищут другие решения. Например, оборонная компания Red Wire разрабатывает спутник Otter с собственной версией атмосферного двигателя. Еще один необычный подход - соединить спутник на низкой орбите с аппаратом на более высокой с помощью длинного троса. В 90-х годах NASA уже экспериментировало с подобными системами, и сейчас ученые возвращаются к этой идее, чтобы адаптировать ее для VLEO.

Но борьба с сопротивлением воздуха - не единственная проблема. На этих высотах спутники сталкиваются с агрессивной средой: атомарный кислород разрушает большинство материалов, включая пластик, а температура корпуса может превышать 1500 градусов Цельсия из-за трения. Инженерам приходится искать новые сплавы и покрытия, чтобы аппараты не разрушались за считанные дни.

Несмотря на все сложности, интерес к сверхнизким орбитам только растет. По оценкам Juniper Research, в ближайшие три года в этот сектор вложат более 220 миллиардов долларов. Уже в ближайшем будущем интернет, прогнозы погоды и системы безопасности станут еще точнее и быстрее - благодаря спутникам, которые летают буквально на грани атмосферы.

Лично я считаю, что именно VLEO станет следующим этапом в развитии спутниковых технологий. Это не просто очередная модная тенденция, а реальный шаг вперед, который изменит подход к связи, наблюдению за Землей и даже к освоению космоса. Конечно, впереди еще много технических вызовов, но именно такие задачи двигают науку и технологии вперед. И, возможно, уже через несколько лет мы будем воспринимать сверхнизкие орбиты как нечто само собой разумеющееся.