Заметки инженера - исследователя

Интересный обзорный текст Via Satellite по технологии сверх- низкоорбитальных спутников (VLEO). Ниже – его часть, посвященная «железу». https://interactive.satellitetoday.com/via/december-2025/a-closer-look-at-vleo-the-new-frontier-in-orbit «Самая сложная задача при выходе на низкую околоземную орбиту — оставаться на ней», — отмечает Свен Билен, профессор инженерного проектирования, электротехники и аэрокосмической инженерии в Университете штата Пенсильвания. Он также является главным исследователем проекта стоимостью 1 миллион долларов, реализуемого Управлением оборонных исследований и разработок Министерства обороны США (DARPA) в рамках программы Charge Harmony Disruption Opportunity. Программа предусматривает использование орбит, которые «технически определяются как находящиеся ниже VLEO, или, как мы их называем, орбит ниже линии Кармана», то есть примерно в 100 километрах или 60 милях от земли, объясняет он. «Как вы получаете энергию, необходимую для работы системы на борту? Как правило, космические аппараты VLEO покрыты солнечными батареями. Вы получаете больше электроэнергии, но при этом создаёте гораздо большее сопротивление», — добавляет Билен. Университет штата Пенсильвания и его партнёр по исследованиям, Технологический институт Джорджии, уже второй год разрабатывают новый воздушно-реактивный микроволновый плазменный двигатель, который поможет космическим аппаратам VLEO оставаться на орбите. Соруководитель исследования Митчелл Уокер, заведующий кафедрой Уильяма Р. Т. Оукса-младшего в Школе аэрокосмической инженерии Дэниела Гуггенхайма при Технологическом институте Джорджии, отмечает, что требования к топливу варьируются в зависимости от смены дня и ночи, времени года и солнечной активности. В результате «для VLEO требуются высокогибкие и адаптируемые двигательные установки, которые выходят далеко за рамки обычных систем». Уокер объясняет, что основная техническая сложность заключается в разработке систем, в которых топливо, в основном атмосферный кислород на VLEO, выходит из двигателя с большей скоростью, чем входит в него. Этот процесс похож на то, что происходит в реактивных двигателях, а не в традиционных космических двигателях. Билен говорит, что исследование находится на стадии лабораторных испытаний, «но предстоит ещё много работы, чтобы довести его до прототипа, готового к полёту». Уокер ожидает, что в ближайшем будущем будет запущена пилотируемая система. «Вопрос в том, какой будет её производительность и как долго она проработает?» Тимоти Минтон, профессор аэрокосмической инженерии в Университете Колорадо в Боулдере, занимается решением другой проблемы, связанной с VLEO: коррозионным воздействием атомарного кислорода на спутниковые системы. Его команда разрабатывает новые материалы, которые не только устойчивы к агрессивному воздействию атомарного кислорода, но и минимизируют аэродинамическое сопротивление. Это двойная цель, которая позволяет продлить срок службы спутников на VLEO и сократить расход топлива. Команда Минтона стала первопроходцем в использовании современных полимеров, покрытых сверхгладкими, устойчивыми к воздействию кислорода атомарными слоями, такими как оксид алюминия и оксид циркония, которые наносятся методом атомно-слоевого осаждения. Эти покрытия защищают поверхности спутников и продлевают срок их службы. «Если мы хотим увеличить срок службы спутников на очень низкой околоземной орбите, то нам необходимо обеспечить как устойчивость к атомарному кислороду, так и низкое аэродинамическое сопротивление», — говорит Минтон, чьи исследования также включают использование данных о молекулярном рассеянии на поверхности в качестве основы для разработки моделей взаимодействия газа и поверхности для прогнозирования аэродинамического сопротивления. #VLEO