«Нижний космос»: что такое сверхнизкие орбиты и зачем они нужны

Сплошные плюсы

Высота, достигнув которой спутники сходят с орбиты из-за торможения атмосферой Земли – всего 120 километров. А чуть выше, от 150 километров, начинается зона так называемых сверхнизких орбит, или VLEO (Very Low Earth Orbit). Работа в ней космических аппаратов дает целый ряд очевидных преимуществ.

Во-первых, это возможность фото- и видеосъемки земной поверхности с высочайшим разрешением. Во-вторых, передача данных с такой низкой орбиты идет с меньшей задержкой. А значит спутник может быть компактнее и легче, а следовательно – дешевле. Кроме того, сам запуск спутника на такую высоту требует меньше энергии: ракета-носитель может быть легче, а значит – тоже дешевле. Наконец, на сверхнизкой орбите у космического аппарата меньше рисков столкнуться с космическим мусором: он тут попросту сгорает, уходя в более плотные слои атмосферы.

Среда, в которой работают сверхнизкие спутники, диктует требования и к их форме. Для сильно разреженной среды нужен обтекаемый корпус с малым поперечником и большим удлинением. Кроме того, материал обшивки не должен окисляться атомарным кислородом, чтобы не потерять высокие отражающие свойства.

Корректировать орбиту такому спутнику помогают ионные двигатели. Обычно они работают на ксеноне или криптоне: собственно, объем этого топлива и определят срок жизни космического аппарата. Но уже есть проекты, предполагающие сбор спутником встречного потока атомов кислорода: его использование сделало бы работу двигателя «вечной».

Гонка на орбите

Освоение VLEO началось уже в самые первые годы космических полетов. Уже в начале 1960-х годов США использовали спутники Corona для фоторазведки на сверхнизких орбитах. Всего в рамках программы за десять с лишним лет были запущены 144 спутника. Высота их работы колебалась от 121 до 160 километров.

Новые программы освоения сверхнизких орбит появились уже в начале XXI века. В 2009 году Европейское космическое агентство запустило на высоту 254,9 километра научный спутник GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer). Одной из его задач было уточнение формы Земли, и небольшая высота орбиты позволила достичь уровня погрешности в 1-2 см на масштабах порядка 100 километров. В 2021 году Европейское космическое агентство запустило спутник SOAR, опустившийся ниже 250 километров. Кроме того, Евросоюз выделил средства на разработку спутника Skimsat для работы на высоте менее 300 километров.

Собственный низкоорбитальный проект есть и у Японии: спутник SLATS, запущенный в конце 2017 года, в качестве теста работал на семи разных высотах, от 271 до 167,4 километров. Последнее достижение даже отметила Книга рекордов Гиннесса. Создание к 2027 году сети из 192 спутников, работающих на высоте 150–300 километров, анонсировала и Китайская государственная военно-промышленная корпорация (CASIC). В США разработкой низкоорбитальных спутников занимаются компании Skeyeon, Albedo и Earth Observant. Они также планируют создать группировки спутников, которые могли бы предоставлять услуги по съемке земной поверхности в высоком разрешении.

Что касается России, то еще в конце 2019 года компания «Спутникс» выиграла грант на разработку масштабируемой платформы для низкоорбитальных малых космических аппаратов. В 2025 году орбитальную группировку этих микроспутников планируется увеличить до 80 аппаратов. В их функции входит мониторинг морских судов и портов, а также создание морских карт.