Современные космические технологии продвигают человечество к новым этапам освоения околоземного пространства. Помимо уже освоенных орбит, таких как низкая околоземная орбита (LEO), специалисты всё активнее изучают возможности очень низкой околоземной орбиты (VLEO) — зоны, расположенной значительно ближе к поверхности нашей планеты, чем орбиты, на которые выводится большинство спутников сегодня.
Что такое VLEO и чем она отличается от обычной орбиты
Текущий стандарт для большинства спутников — низкая околоземная орбита, простирающаяся до примерно 2000 км над поверхностью Земли. В этой орбитальной зоне работают, например, МКС и многие землепользовательские спутники.
Однако очень низкая околоземная орбита (VLEO) охватывает высоты всего 100–400 км над поверхностью Земли. На таких орбитах спутники находятся гораздо ближе к Земле — примерно 60–250 миль (100–400 км), что открывает новые преимущества для науки и приложений, но также создаёт технические сложности.
Преимущества спутников на VLEO
В отличие от спутников на более высоких орбитах, аппараты, работающие на очень низкой орбите, потенциально способны обеспечивать:
Более высокое разрешение изображений
Спутники в VLEO находятся ближе к поверхности, поэтому они могут получать зрительно более чёткие изображения Земли. Это важно для наблюдений за природными явлениями, сельского хозяйства, климатическими изменениями и реагированием на стихийные бедствия — всё благодаря тому, что расстояние между камерой и объектами на поверхности короче.
Низкая задержка связи
Сигналы от спутника к земле и обратно в VLEO проходят за более короткое расстояние, что снижает латентность связи. Это особенно полезно для приложений, где требуется оперативная передача данных — например, для интернета в реальном времени.
Улучшенные данные по атмосфере
Погодные и климатические модели также выигрывают от наблюдений ближе к Земле: высокое разрешение и частые обновления дают больше информации о процессах в атмосфере.
Основная техническая проблема: атмосферное сопротивление
Несмотря на преимущества, длительное пребывание аппаратов на VLEO сопряжено с одной крупной проблемой — атмосферным сопротивлением. Хотя пространство кажется вакуумом, атмосфера Земли постепенно рассеивается с высотой. На уровне VLEO остатки атмосферы ещё достаточно плотные, чтобы замедлять движение спутника и постепенно снижать его орбиту, вплоть до падения обратно на Землю.
Это означает, что спутник должен постоянно компенсировать потери скорости с помощью двигателей — традиционные системы тяги быстро расходуют топливо, если тяга необходима почти постоянно. Поэтому ключевым препятствием для VLEO является организация эффективной и устойчивой системы поддержания орбиты.
Новые технологии для преодоления сопротивления
Для преодоления атмосферного сопротивления инженеры разрабатывают специальные двигательные установки, способные использовать тонкие остатки атмосферы в качестве рабочего вещества. Одним из таких подходов стала концепция двигателя с атмосферным захватом:
- Система включает «сбор воздуха» из остаточных частиц атмосферы во VLEO.
- Захваченная масса нагревается с помощью энергии (например, микроволнового излучения).
- Нагретый газ выпускается через сопло, создавая тягу, которая поддерживает орбитальную скорость спутника.
Такие «воздухозаборные» или «атмосферные» двигатели имеют потенциал обеспечивать длительную работу спутника без необходимости часто заправлять его топливом.
Другие исследовательские подходы включают идеи соединения спутников длинными тросами с объектами на более высокой орбите, что может снижать потребность в постоянной тяге и использовать механические взаимодействия для стабилизации.
Задачи материалов и износа оборудования
Аппараты, работающие на VLEO, находятся в зоне повышенного воздействия атомарного кислорода — формы кислорода, которая чрезвычайно реакционноспособна и может быстро деградировать материалы, включая покрытия и поверхности спутников.
Кроме того, частички атмосферы при движении на высокой скорости нагреваются до очень высоких температур, что также требует специальных термозащитных материалов и высокотемпературной конструкции оборудования.
Реальные проекты и перспективы
Несколько исследовательских групп и коммерческих компаний уже работают над технологиями для эксплуатации VLEO. Одним из примеров является проект Otter, в котором используются атмосферные двигатели для длительной работы на очень низких орбитах, а его разработка ведётся в партнёрстве с американскими оборонными структурами.
Согласно отраслевым оценкам, на **развитие VLEO-технологий в ближайшие годы может быть инвестировано порядка 220 млрд долларов США. Эти инвестиции отражают высокую заинтересованность в применении VLEO для коммуникационных сетей, систем наблюдения и других космических услуг.
Возможные применения спутников VLEO
Если технические препятствия будут преодолены, аппараты в очень низкой околоземной орбите могут оказаться полезны в следующих областях:
- Съёмка высокого разрешения: подробная картография поверхности Земли и мониторинг погодных явлений;
- Реальное время: передача данных с минимальной задержкой, что критично для связи, интернета и экстренных служб;
- Научные наблюдения: изучение верхних слоёв атмосферы и взаимодействия с космическим пространством;
- Коммерческие услуги: сервисы спутниковой связи следующего поколения.
Заключение
Очень низкая околоземная орбита (VLEO) представляет собой близкий к Земле рубеж космоса, который может стать следующей крупной платформой для спутниковых миссий. Хотя атмосферное сопротивление и износ материалов остаются серьёзными препятствиями, разрабатываемые технологии тяги и устойчивых конструкций открывают путь к более дешёвым, эффективным и функциональным спутниковым системам.
Если эти технологии будут внедрены в практику в ближайшие годы, VLEO может изменить способы получения глобальных данных, связи, навигации и наблюдения за Землёй, а также помочь расширить границы космических миссий.
Источники:
Статья создана по материалам https://phys.org/news/2025-12-frontier-space-closer-world-earth.html
