Спутники будут заправляться прямо во время полета
Испанская Kreios Space готовится испытать необычный двигатель для спутников, который сможет использовать в качестве рабочего тела атмосферу Земли. Если эксперимент окажется успешным, технология Air-Breathing Electric Propulsion (ABEP) позволит аппаратам годами работать на сверхнизких орбитах без большого запаса топлива или другого рабочего тела на борту.
Первый экспериментальный спутник с системой ABEP планируют вывести на низкую околоземную орбиту VLEO. Точная дата запуска пока не объявлена, но Kreios Space ориентируется на 2027 год.
Принцип работы системы напоминает воздушно-реактивный двигатель, только вместо плотного воздуха она использует крайне разреженную атмосферу. Спутник захватывает остаточные молекулы газа, после чего они нагреваются и ионизируются. Получившееся плазменное рабочее тело ускоряется и выбрасывается из двигателя, создавая тягу.
Главное преимущество такой схемы в том, что спутнику не нужно постоянно расходовать привезенное с Земли рабочее тело. Электричество для двигателя могут обеспечивать солнечные панели, а вещество для создания тяги аппарат получает непосредственно из окружающей атмосферы.
ABEP создается специально для VLEO — сверхнизких орбит примерно от 100 до 400 км. У них есть серьезный недостаток: даже крайне разреженная атмосфера оказывает на спутник заметное сопротивление и постепенно снижает его скорость и высоту.
Обычный двигатель способен компенсировать это торможение, но при постоянной работе запас рабочего тела быстро заканчивается. В результате срок существования спутника на VLEO оказывается ограниченным.
ABEP предлагает превратить эту проблему в преимущество. Атмосфера, которая тормозит спутник, одновременно становится источником рабочего тела для его двигателя. Если система сможет захватывать достаточное количество молекул и эффективно разгонять их, аппарат сможет постоянно компенсировать атмосферное сопротивление и удерживать заданную орбиту.
Для первой демонстрационной миссии Kreios Space выбрала платформу MP42 компании Kongsberg NanoAvionics из Литвы. Инженеры NanoAvionics адаптируют спутник под экспериментальную двигательную установку и интегрируют в него систему ABEP.
Сверхнизкие орбиты привлекательны сразу по нескольким причинам. Чем ближе спутник находится к Земле, тем более детальные изображения он может получать при использовании сопоставимой оптики. Это особенно интересно для дистанционного зондирования, картографии и наблюдения за различными объектами на поверхности.
Меньшая высота также может улучшить характеристики спутниковой связи: сокращается расстояние до наземных терминалов, что потенциально позволяет снизить задержку сигнала и требования к мощности радиоканала.
Кроме того, VLEO пока значительно менее загружены, чем более высокие низкие околоземные орбиты, где уже работают тысячи спутников. Высоты ниже примерно 400 км используются гораздо реже именно из-за сильного атмосферного торможения.
Есть у такой схемы и дополнительный плюс для борьбы с космическим мусором. Если спутник на VLEO выйдет из строя и перестанет поддерживать орбиту, он относительно быстро начнет снижаться и в итоге сгорит в атмосфере. Он не будет десятилетиями оставаться на орбите в качестве неуправляемого объекта.
Однако сначала Kreios Space придется доказать, что технология действительно работает в космосе. Верхняя атмосфера чрезвычайно разрежена, а ее плотность меняется в зависимости от высоты и солнечной активности. Двигателю придется эффективно собирать небольшое количество молекул и создавать достаточную тягу хотя бы для компенсации постоянного аэродинамического торможения.
Если испытание пройдет успешно, ABEP может открыть дорогу к практически постоянной эксплуатации спутников на сверхнизких орбитах. Аппараты смогут получать рабочее тело буквально из окружающего пространства, а срок их работы перестанет напрямую зависеть от объема топлива, доставленного с Земли.
