Este artigo foi publicado originalmente em conversa. A publicação contribuiu com este artigo para Space.com Vozes de especialistas: colunas e insights.
Existem aproximadamente 15.000 satélites orbitando a terra. A maioria deles, como estação espacial internacional e Telescópio Hubblemorar em órbita terrestre baixa, ou LEO, com seu ponto mais alto aproximadamente 1.200 milhas (2.000 quilômetros) acima da superfície da Terra.
Mas à medida que mais e mais satélites são lançados em órbita baixa da Terra – a missão da SpaceX Constelação de Internet Starlink Estar sozinho eventualmente Envie milhares de pessoas para lá – da área ficando um pouco lotado.
É por isso que, felizmente, existe outra órbita, muito mais próxima da Terra, que, esperançosamente, ajudará a aliviar o congestionamento. é fato conhecido VLEO, ou Órbita Terrestre Muito Baixaapenas 60 a 250 milhas (100 a 400 quilômetros) acima da superfície da Terra.
como um engenheiros e professores Quem está desenvolvendo a tecnologia para estender a presença humana para além da Terra, posso afirmar que os satélites em Órbita Terrestre Muito Baixa (VLEO) têm vantagens sobre os satélites em altitudes mais elevadas. Entre outras vantagens, os satélites VLEO podem fornecer Imagens de maior resolução, comunicações mais rápidas e melhor ciência atmosférica. Divulgação completa: também sou cofundador e coproprietário da Victoria Defense, uma empresa focada na comercialização de VLEO e outras tecnologias de energia direcionada no espaço.
Vantagens do VLEO
As imagens de satélites de órbita terrestre extremamente baixa são muito mais nítidas porque são apenas Veja a Terra com mais clareza Mais importante que os satélites superiores, assim como chegar mais perto de uma pintura ajuda a vê-la melhor. Isso se traduz em imagens agrícolas de maior resolução, ciência climáticaresposta a desastres e fins de vigilância militar.
A comunicação ponta a ponta é mais rápida, o que é ideal para comunicações em tempo real, como chamadas telefônicas e serviços de Internet. Embora os sinais ainda viajem na mesma velocidade, eles não viajam tão longe, então a latência é reduzida e as conversas são mais tranquilas.
um monte de previsão do tempo Baseando-se em imagens de nuvens acima da Terra, aproximar essas fotos significa maior resolução e mais dados para previsões.
Por causa desses benefícios, agência governamental e indústria Estão em andamento trabalhos para desenvolver satélites de órbita terrestre extremamente baixa.
Resistência: Resistência atmosférica
Você deve estar se perguntando por que as operações contínuas de satélites evitaram até agora esta região do espaço. Há um motivo principal: arrasto atmosférico.
O espaço geralmente é considerado um vácuo. Então, onde começa o espaço? Apesar de estar a cerca de 100 quilômetros acima do nível do mar – conhecido como Linha Von Karman – Amplamente considerado como o ponto de partida, não há espaço para uma transição difícil que começa abruptamente. Pelo contrário, quando você está longe da terra, A atmosfera fica mais rarefeita.
Em órbita terrestre extremamente baixa e abaixo, Atmosfera da Terra ainda é espesso o suficiente para desacelerar os satélites, fazendo com que aqueles em altitudes mais baixas Descarrilou em semanas ou até diaseles essencialmente queimam quando caem de volta à Terra. Para neutralizar esta resistência atmosférica e permanecer em órbita, os satélites devem avançar constantemente – tal como andar de bicicleta ao vento exige pedalar constantemente.
Para a propulsão espacial, os satélites usam Vários tipos de propulsoresque fornece o impulso necessário para evitar a desaceleração. Mas no VLEO, os propulsores precisam estar ligados o tempo todo ou quase o tempo todo. Como resultado, os propulsores convencionais ficam rapidamente sem combustível.
Felizmente, a atmosfera VLEO da Terra ainda é espessa o suficiente para que a própria atmosfera possa ser usada como combustível.
Tecnologia inovadora de propulsores
É aqui que entra minha pesquisa. Na Penn State University, em parceria com o Georgia Institute of Technology e patrocinada pela Departamento de Defesa dos EUAnossa equipe está desenvolvendo um novo sistema de propulsão Projetado para operar em altitudes de 43 a 55 milhas (70 a 90 quilômetros). Tecnicamente, essas altitudes são mais baixas do que a órbita terrestre muito baixa – tornando o desafio de superar o arrasto ainda mais difícil.
Nosso método usa uma colher para coletar a atmosfera, da mesma forma que você faria com a boca aberta enquanto anda de bicicleta, e depois usa microondas de alta potência para aquecer a atmosfera coletada. O gás aquecido é então expelido através de um bico, impulsionando o satélite para frente. Nossa equipe chama esse conceito Propulsor de plasma de microondas com respiração aérea. Conseguimos demonstrar um protótipo de propulsor na câmara de vácuo do laboratório que simula a pressão atmosférica a uma altitude de 80 quilômetros (50 milhas).
Este método é relativamente simples, mas tem potencial, especialmente em altitudes mais baixas, onde a atmosfera é mais espessa. Mais acima, onde a atmosfera é mais fina, as naves espaciais podem usar diferentes tipos de propulsores VLEO que outros estão desenvolvendo para cobrir uma faixa maior de altitudes.
Nossa equipe não é a única trabalhando com tecnologia de propulsores. Apenas um exemplo: o Departamento de Defesa dos EUA trabalha com empreiteiros de defesa linha vermelha desenvolver lontraum satélite VLEO que usa tecnologia de propulsor respiratório atmosférico.
Outra opção para manter satélites em VLEO é vincular satélites de órbita baixa a satélites de órbita alta com cabos longos, o que utiliza uma técnica na qual venho trabalhando ao longo de minha carreira. Embora a NASA nunca tenha utilizado tal sistema, propostas de missões de acompanhamento sistema de satélite conectado Missões na década de 1990 lançaram um satélite de um ônibus espacial para uma órbita inferior e o conectaram com uma longa corda. Atualmente estamos revisitando o sistema para ver se ele pode ser adaptado ao VLEO de uma forma modificada.
Outras complicações
Superar a resistência, embora seja o mais difícil, não é o único desafio. Satélites de órbita terrestre extremamente baixa estão expostos a níveis muito elevados de oxigênio atômicoque é uma forma altamente reativa de oxigênio que pode corroer rapidamente a maioria das substâncias, até plástico.
Os materiais do satélite também devem suportar temperaturas extremamente altas, acima de 1.500 graus Celsius (2.732 graus Fahrenheit), porque o atrito aquece o satélite à medida que ele passa pela atmosfera, um fenômeno que ocorre em todas as espaçonaves. Reentrando na atmosfera a partir da órbita.
O potencial destes satélites está a impulsionar a investigação e o investimento, e as missões propostas estão a tornar-se uma realidade. pesquisa de zimbro Prevê-se que sejam investidos 220 mil milhões de dólares nos próximos três anos. Em breve, sua internet, previsões meteorológicas e segurança ficarão ainda melhores, alimentadas por satélites VLEO.
