探索极低地球轨道卫星技术

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在我们上方的广阔天空中，卫星技术的新篇章正在展开，有望重新定义我们与空间的互动及其无数的可能性。随着低地球轨道（LEO）的混乱局面成为航天机构和商业卫星运营商越来越关注的问题，新的关注点正在转向一个相对未开发的领域——非常低地球轨道（Very Low Earth Orbit, VLEO）。这个新的前沿，轨道更加靠近我们星球的表面，带来了着更清晰的地球观测、减少空间碎片和创新推进技术的承诺。
VLEO的诱惑

探索应用VLEO的优势是多方面的。首先，VLEO轨道是拥堵的低地球轨道的补充或替代品，为迫在眉睫的空间碎片碰撞威胁提供了喘息的机会。这种较低的空间高度还意味着卫星可以以前所未有的清晰度和细节捕捉地球图像，这对从环境监测到国家安全的应用都是一个福音。

此外，VLEO发射成本降低的潜力怎么强调都不为过。离地球更近意味着将卫星送入轨道所需的能 源更少，为卫星部署提供了具有成本效益的解决方案。此外，将大气层本身用作推进剂的创新概念可能了削减运营成本并减少空间任务对环境影响。
空气推进剂

VLEO承诺的核心是一个突破性的推进概念，可以彻底改变卫星技术：利用空气作为推进剂。由美国乔治华盛顿大学（GWU）和美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的研究人员牵头，这项技术旨在利用VLEO中存在的稀薄大气层作为推进剂。通过电离大气粒子产生等离子体，使得VLEO卫星享受无限的推进剂供应，大幅减少其发射质量并延长其运行寿命。
美国国防高级研究项目局（DARPA）的已经提供了项目资助，该项目 证明了政府对VLEO卫星运营战略和经济潜力的兴趣。正如等离子体物理实验室的Yevgeny Raitses研究员所解释的那样，利用天然可用的空气代替氙气或氪气等传统推进剂的能力可能会改变卫星设计和功能的游戏规则。

克服障碍
然而，利用VLEO的道路并非没有挑战。提供推进剂源的大气层也带来了大气阻力构成了可怕的障碍，需要持续的推进调整来维持轨道。这反过来又给卫星动力带来了巨大压力，并使运营后勤复杂化。

此外，由于大气摩擦，卫星可能快速磨损，加上开发高效空气呼吸推进器的技术复杂性，凸显了这项技术正处于新生阶段。在驱逐正负粒子以防止卫星充电方面实现平衡——这种现象可能导致破坏性的后坐力效应——是研究人员正在努力解决的众多复杂问题之一。
空气推进剂卫星的一个关键障碍是确保带正电荷和带负电粒子的平衡喷射。这种平衡对于防止卫星获得电荷至关重要，遗留在卫星上的电荷可能会从周围空间吸引带相反电荷的粒子，从而可能对卫星系统造成损害或干扰。

为了解决这个问题，华盛顿大学和等离子体物理实验室团队正在开发相关装置，以确保他们的推进器能够中和其排气，释放等量的正负粒子。这涉及复杂的设计，结合磁场和电场来控制带电粒子和中和剂（neutralizer）的运动，这些中和剂可以实时调整等离子体的电荷组成。
前方的道路
尽管存在这些挑战，但VLEO卫星技术的潜在好处太令人期待，不容忽视。空气推进剂卫星在地球 轨道下游巡航的愿景，凭借其无限的推进剂和增强的观测能力，预示着空间探索和利用的新时代。

掌握VLEO卫星技术的战略意义是深远的。除了改善地球观测和降低发射成本的直接好处外，这一进步还可以为新形式的全球通信、气候监测和防御能力铺平道路。此外，更清洁、更可持续的卫星推进方法的潜力与日益增长的环境问题相一致，为未来的空间探索提供了一个既高效又对生态负责的蓝图。