随着快速发展的商业卫星领域希望利用极低地球轨道(VLEO)的优势,一些卫星公司认为这将变革商业和国防太空应用。甚低地球轨道位于距地球表面250至400公里的太空边缘。
Arcfield子公司Orion Space Solutions的战略副总裁兼首席技术官查德·菲什(Chad Fish)表示:“甚低地球轨道令人无比兴奋,因为它是一个新的前沿领域。”
靠近地球的好处显而易见:图像更清晰、信号质量更好、定位更精确、延迟更低、频谱利用更高效,并且轨道具有“自我清洁”功能,碎片会自然衰减。
Redwire Space Missions总裁汤姆·坎贝尔(Tom Campbell)称,根据信号类型,甚低地球轨道与地球的接近程度极大地增强了感知能力。
他解释道:“射频(RF)信号强度会随距离迅速下降,但甚低地球轨道使卫星与地面的距离缩短一半,使传感器的感知能力提高四倍。”
对于雷达有效载荷而言,这种效果更为显著。在雷达有效载荷中,射频能量被发射到地面然后反射回来,这意味着感知能力提高八倍。该轨道还使卫星星座架构更具弹性,不仅可以俯瞰地面,还可以仰望追踪碎片或支持导弹防御。
然而,这些好处也伴随着挑战:始于卡门线的甚低地球轨道需要持续推进或重新助推以维持其高度。而且甚低地球轨道位于高层大气中,周围环绕着原子氧。与对生命至关重要的氧气(O₂)不同,原子氧寿命短暂,几乎能与所有物质迅速发生反应。它会造成显著的气动阻力,导致卫星和系统的轨道迅速衰减。
尽管存在这些缺点,自20世纪60年代以来,甚低地球轨道就被用于美国的间谍卫星任务。在甚低地球轨道飞行的间谍飞机拍摄高分辨率监视图像,并将其放置在配备隔热罩的特殊再入舱中投放。
如今,由于推进技术和材料科学的有前景的进展,人们对甚低地球轨道重新产生了兴趣。
瞻博研究公司(Juniper Research)电信与连接团队的高级研究分析师亚历克斯·韦伯(Alex Webb)表示:“甚低地球轨道的市场潜力巨大,全球商业和国防领域都有投资兴趣。”
瞻博研究公司大胆预测,到2027年,全球对甚低地球轨道的投资将增长到220亿美元,三年内增长1100%。到2030年,甚低地球轨道上的运行卫星数量预计将超过620颗,与2025年计划的少量资产相比大幅增加。
而且,美国并非唯一关注距地球最近轨道的国家:根据美国太空部队的《太空威胁情况说明书》,中国正在为商业和军事应用大力投资甚低地球轨道技术。中国航天科工集团公司(CASIC)计划到2027年拥有192颗卫星集群,到2030年拥有300颗,运行高度在距地球150至300公里之间。
几家航天企业正在竞相为甚低地球轨道部署新技术和平台。与地面的较短距离实现了超低延迟通信和更快的数据传输速率,为地面用户提供近乎实时的情报,这是现代军事行动以及电信、灾害响应和环境监测的关键要求。