مرز بعدی در فضا نزدیک‌تر از چیزی است که فکر می‌کنید – به دنیای ماهواره‌های مدار بسیار پایین زمین خوش آمدید
این مقاله در ابتدا در تاریخ منتشر شده است گفتگو این نشریه مقاله را به Space.com ارائه کرد صدای متخصص: Op-Ed & Insights.
حدود 15000 ماهواره وجود دارد در مداری به دور زمین. اکثر آنها، مانند ایستگاه فضایی بین المللی و در تلسکوپ هابلاقامت در مدار پایین زمین، یا LEO که حدود 1200 مایل (2000 کیلومتر) از سطح زمین بالا می رود.
اما همانطور که ماهواره های بیشتری به LEO – SpaceX پرتاب می شوند صورت فلکی اینترنت استارلینک به تنهایی در نهایت خواهد شد هزاران نفر دیگر را به آنجا فرستاد – از منطقه کمی شلوغ می شود.
بنابراین خوشبختانه مدار دیگری وجود دارد، حتی نزدیک‌تر به زمین، که نوید کمک به کاهش ازدحام را می‌دهد. نام دارد VLEO یا مدار زمین بسیار پایینو تنها 60 تا 250 مایل (100 تا 400 کیلومتر) از سطح زمین فاصله دارد.
مانند مهندس و استاد که فناوری‌هایی را برای گسترش حضور انسان در فراتر از زمین توسعه می‌دهد، می‌توانم به شما بگویم که ماهواره‌هایی که در مدار بسیار پایین زمین یا VLEO قرار دارند، مزایایی نسبت به ماهواره‌های با ارتفاع بالاتر دارند. از جمله مزایای دیگر، ماهواره های VLEO می توانند ارائه دهند تصاویر با وضوح بالاتر، ارتباطات سریعتر و علم جو بهتر. افشای کامل: من همچنین یکی از بنیانگذاران و مالکان ویکتوریا دفاع هستم که به دنبال تجاری سازی VLEO و سایر فناوری های انرژی مبتنی بر فضا است.
مزایای VLEO
تصاویر ماهواره‌های مدار بسیار پایین زمین واضح‌تر هستند، فقط به این دلیل زمین را واضح تر ببینید نسبت به ماهواره‌هایی که بالاتر هستند، مانند اینکه نزدیک‌تر شدن به یک عکس به شما کمک می‌کند آن را بهتر ببینید. این به معنای تصاویر با وضوح بالاتر برای کشاورزی است، علم آب و هواپاسخ به بلایا و اهداف نظارت نظامی
ارتباط انتها به انتها سریعتر است، که برای ارتباطات بلادرنگ مانند خدمات تلفن و اینترنت ایده آل است. اگرچه سیگنال‌ها همچنان با همان سرعت حرکت می‌کنند، اما نیازی به طی کردن مسافت ندارند، بنابراین تاخیر کاهش می‌یابد و مکالمات روان‌تر انجام می‌شوند.
خیلی پیش بینی آب و هوا به تصاویر ابرهای بالای زمین متکی است، بنابراین نزدیک‌تر کردن این عکس‌ها به معنای وضوح بالاتر و داده‌های بیشتر برای پیش‌بینی است.
به دلیل این مزایا، سازمان های دولتی و صنعت در حال کار برای توسعه ماهواره در مدار بسیار پایین زمین هستند.
حبس: کشش اتمسفر
شاید تعجب کنید که چرا تا کنون از این منطقه از فضا برای عملیات ماهواره ای پایدار اجتناب شده است. این به یک دلیل اصلی است: مقاومت جوی.
فضا اغلب به عنوان یک خلاء در نظر گرفته می شود. پس فضا واقعا از کجا شروع می شود؟ اگر چه حدود 62 مایل بالا (100 کیلومتر) – معروف به خط فون کارمان – به طور گسترده به عنوان نقطه شروع در نظر گرفته می شود، هیچ انتقال سختی وجود ندارد که در آن فضا به طور ناگهانی شروع شود. در عوض، همانطور که از زمین دور می شوید، جو نازک می شود.
تماشا کنید
در مدار بسیار پایین زمین و زیر آن، جو زمین هنوز به اندازه کافی ضخیم است که بتواند ماهواره ها را کاهش دهد و باعث می شود ماهواره ها در پایین ترین ارتفاعات قرار گیرند برای هفته ها یا حتی روزها از مدار خارج می شوداساساً در هنگام سقوط به زمین می سوزند. برای مقابله با این کشش اتمسفر و باقی ماندن در مدار، ماهواره باید دائماً به جلو حرکت کند – همانطور که دوچرخه سواری در برابر باد نیاز به رکاب زدن مداوم دارد.
برای رانش در فضا از ماهواره ها استفاده می شود انواع مختلف رانشگرکه تقویت لازم را فراهم می کند تا کند نشود. اما در VLEO، رانشگرها باید همیشه یا تقریباً همیشه روشن باشند. به این ترتیب، رانشگرهای معمولی به سرعت سوختشان تمام می شود.
خوشبختانه جو زمین در VLEO هنوز به اندازه کافی متراکم است که خود جو می تواند به عنوان سوخت استفاده شود.
فناوری های نوآورانه نیروی محرکه
اینجاست که تحقیقات من وارد می شود. در ایالت پن، با همکاری جورجیا تک و با تامین مالی وزارت دفاع آمریکاتیم ما در حال توسعه یک سیستم محرکه جدید است طراحی شده برای کار در ارتفاع 43 تا 55 مایلی (70 تا 90 کیلومتر). از نظر فنی، این ارتفاعات حتی زیر مدار بسیار پایین زمین قرار دارند و چالش غلبه بر نیروی پسا را دشوارتر می کند.
رویکرد ما جو را با استفاده از یک اسکوپ جمع‌آوری می‌کند، مانند باز کردن دهان خود در حین چرخاندن چرخ، سپس از مایکروویوهای پرقدرت برای گرم کردن جو جمع‌آوری‌شده استفاده می‌کند. سپس گاز گرم شده از طریق نازلی که ماهواره را به جلو می راند، خارج می شود. تیم ما این مفهوم را می نامد موتور پلاسما مایکروویو برای تنفس هوا. ما توانستیم یک نمونه اولیه رانشگر را در آزمایشگاه در یک محفظه خلاء نشان دهیم که فشار اتمسفر موجود در ارتفاع 50 مایلی (80 کیلومتری) را شبیه‌سازی می‌کند.
این روش نسبتاً ساده است، اما پتانسیل بالایی دارد، به خصوص در ارتفاعات پایین تر که جو ضخیم تر است. بالاتر، جایی که جو نازک‌تر است، فضاپیما می‌تواند از انواع مختلفی از رانشگرهای VLEO استفاده کند که دیگران در حال توسعه برای پوشش دامنه‌های ارتفاعی بزرگ هستند.
تیم ما تنها کسی نیست که روی فناوری فشار کار می کند. فقط یک مثال: وزارت دفاع ایالات متحده با یک پیمانکار دفاعی شریک می شود سیم قرمز برای توسعه سمورماهواره VLEO با نسخه خود از فناوری تنفس اتمسفر رانش.
یکی دیگر از گزینه‌های نگهداری ماهواره در VLEO، که از فناوری استفاده می‌کند که من در طول زندگی حرفه‌ای خود روی آن کار کرده‌ام، این است که یک ماهواره با مدار پایین‌تر را به ماهواره‌ای با مدار بالاتر با یک پیوند طولانی متصل کنم. اگرچه ناسا هرگز چنین سیستمی را به پرواز در نیاورده است، اما ماموریت پیگیری پیشنهادی این سازمان سیستم ماهواره ای تتر ماموریت‌های انجام‌شده در دهه 1990، پرتاب ماهواره به مداری بسیار پایین‌تر از شاتل فضایی بود که توسط یک اتصال بسیار طولانی محدود می‌شد. ما در حال حاضر در حال بررسی این سیستم هستیم تا ببینیم آیا می تواند برای VLEO به شکل اصلاح شده کار کند یا خیر.
سایر عوارض
غلبه بر مقاومت، اگرچه سخت ترین است، اما تنها چالش نیست. ماهواره ها در مدار بسیار پایین زمین در معرض سطوح بسیار بالایی قرار دارند اکسیژن اتمیکه یک شکل بسیار واکنش پذیر از اکسیژن است که به سرعت اکثر مواد را خورده می کند، حتی پلاستیک.
مواد ماهواره همچنین باید در برابر دمای بسیار بالا، بیش از 2732 درجه فارنهایت (1500 درجه سانتیگراد) مقاومت کنند، زیرا اصطکاک آن را هنگام حرکت در جو گرم می کند، پدیده ای که زمانی رخ می دهد که همه فضاپیماها دوباره از مدار وارد جو شد.
پتانسیل این ماهواره ها تحقیقات و سرمایه گذاری را برانگیخته است و ماموریت های پیشنهادی به واقعیت تبدیل شده اند. تحقیق در مورد درخت عرعر تخمین زده می شود که تنها در سه سال آینده 220 میلیارد دلار سرمایه گذاری شود. به زودی، اینترنت، آب و هوا و امنیت شما می تواند حتی بهتر شود، با استفاده از ماهواره های VLEO.
