Υπάρχει ένας νέος «Πόλεμος των Άστρων» στο διάστημα και αφορά στους δορυφόρους. Και πιο συγκεκριμένα, στο ύψος που αυτοί θα πετάνε.
Ψηλά στον ουρανό ένας νέος διαστημικός αγώνας βρίσκεται σε εξέλιξη. Ακριβώς πάνω από το όριο της γήινης ατμόσφαιρας όπου αρχίζει το διάστημα, οι εταιρείες προσπαθούν να δημιουργήσουν μια νέα κατηγορία δορυφόρων.
Περίπου 10.000 δορυφόροι βρίσκονται αυτή τη στιγμή σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη μας, με ταχύτητες έως και 27.000 χλμ/ώρα (17.000 μίλια/ώρα). Κάθε ένα από αυτά τα ευαίσθητα μηχανήματα βρίσκεται σε συνεχή ελεύθερη πτώση και θα έπεφτε κατευθείαν πίσω στη Γη, αν δεν υπήρχαν οι ταχύτητες με τις οποίες ταξιδεύουν. Είναι αυτή ακριβώς η πλευρική τους ορμή, η οποία λειτουργεί σταθεροποιητικά έναντι της βαρυτικής έλξης της Γης προς τα κάτω, που κρατά τους δορυφόρους σε τροχιά.
Μια νέα κατηγορία ή γενιά αν θέλετε δορυφόρων έχει ως στόχο να ξεπεράσει τα όρια αυτής της «ισορροπίας» και να βρεθεί σε μια πολύ χαμηλότερη τροχιά στην κορυφή της γήινης ατμόσφαιρας.
Γνωστά ως Very Low Earth Orbit (αρκτικόλεξο του VLEO), τα διαστημόπλοια σε αυτά τα ύψη πρέπει να παλέψουν ενάντια στη σημαντικά μεγαλύτερη αντίσταση του αέρα στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας σε σχέση με τα πιο ψηλά στρώματα. Εάν τα καταφέρουν, ωστόσο, οι δορυφόροι αυτοί θα μπορούσαν να πετύχουν κάτι ακόμη πιο εντυπωσιακό: θα μπορούσαν δυνητικά να πετάνε για πάντα.
Σε ασυνήθιστα χαμηλά υψόμετρα
«Όταν αρχίζεις να το περιγράφεις αυτό στους ανθρώπους, ακούγεται σαν να μιλάμε για μια μηχανή αέναης κίνησης», λέει στο BBC ο Spence Wise, ανώτερος αντιπρόεδρος της Redwire, μιας αεροδιαστημικής εταιρείας στη Φλόριντα των ΗΠΑ. Μια μηχανή αέναης κίνησης δεν πρέπει να είναι εφικτή - αλλά σχεδόν είναι, σε αυτή την συγκεκριμένη περίπτωση.
Μια χούφτα πρωτοπόρων εταιρειών έχουν αρχίσει να εργάζονται πάνω σε σχέδια για δορυφόρους που μπορεί να είναι σε θέση να βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη σε αυτά τα ασυνήθιστα χαμηλά υψόμετρα, ενώ ταυτόχρονα συλλέγουν αέρα και τον χρησιμοποιούν για την παραγωγή προωθητικού υλικού - και μάλιστα κυριολεκτικά εν πτήσει.
Αυτή η νέα γενιά δορυφόρων θα μπορούσε να επιτρέψει την παρακολούθηση δραστηριοτήτων στο έδαφος σε εξαιρετικά υψηλή ευκρίνεια ή να μας προσφέρει... υπερταχείες δορυφορικές επικοινωνίες.
Υψηλές, μεσαίες και χαμηλές τροχιές
Αν θέλετε να στείλετε κάτι σε τροχιά, πρέπει να αποφασίσετε πόσο ψηλά θα πετάξει ο δορυφόρος σας. Οι γήινες τροχιές κατηγοριοποιούνται ως εξής:
Σε υψηλές τροχιές, 36.000 χιλιόμετρα πάνω από τη Γη, οι δορυφόροι μπαίνουν σε γεωστατική θέση, που είναι χρήσιμο για παράδειγμα για τις τηλεπικοινωνίες και την παρακολούθηση του καιρού.
Ακολουθεί η μεσαία γήινη τροχιά, από 36 έως 2 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη.
Κάτω από αυτήν είναι η χαμηλή γήινη τροχιά, η οποία εκτείνεται σε ύψος 400 χλμ., όπου βρίσκεται ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (ISS).
Ακόμα πιο κάτω από αυτό βρίσκεται το VLEO, που ορίζεται χαλαρά ως οτιδήποτε βρίσκεται κάτω από τον ISS και σε ύψος περίπου 100 χιλιομέτρων.
Η λειτουργία εδώ είναι δύσκολη λόγω της επιρροής της γήινης ατμόσφαιρας. «Η ατμόσφαιρα αυξάνεται εκθετικά καθώς κατεβαίνετε», λέει ο Hugh Lewis, καθηγητής αστροναυτικής στο Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον στο Ηνωμένο Βασίλειο.
Αυτό δημιουργεί μεγαλύτερη αντίσταση στον δορυφόρο σας, η οποία μπορεί να αποβεί καταστροφική. Καθώς τα μόρια της ατμόσφαιρας συνθλίβονται πάνω στο δορυφόρο, στερούν από το όχημα την ορμή του, με αποτέλεσμα η έλξη της βαρύτητας του πλανήτη μας να το τραβάει προς το έδαφος.
Ένας δορυφόρος βραχείας ζωής
Ένας δορυφόρος που θα έμενε σε μέση γήινη τροχιά ή υψηλότερα θα συνέχιζε να περιστρέφεται γύρω από τον πλανήτη μας για χιλιετίες. Στο επίπεδο VLEO, ωστόσο, θα διαρκούσε μόλις μήνες, εβδομάδες ή και ημέρες, ανάλογα με την ταχύτητα, το σχήμα και τη μάζα του, που υπαγορεύουν την ποσότητα της αντίστασης που παράγει και συνεπώς τη διάρκεια ζωής του.
Όλοι οι δορυφόροι περνούν από το επίπεδο VLEO κατά την άνοδο ή την πτώση τους, αλλά δεν είναι πολλοί αυτοί που έχουν προσπαθήσει σκόπιμα να παραμείνουν εκεί.
Ένα τέτοιο διαστημικό σκάφος, ωστόσο, ήταν ο δορυφόρος GOCE ( Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας. Εκτοξεύτηκε το 2009 και βρισκόταν σε τροχιά σε ύψος περίπου 250 χιλιομέτρων, χρησιμοποιώντας ένα σύστημα προώθησης ιόντων για να εκτοξεύει φορτισμένα σωματίδια πίσω από το διαστημικό σκάφος. Αυτό του παρείχε ένα σταθερό επίπεδο ώθησης που μπορούσε να εξουδετερώσει την αντίσταση της ατμόσφαιρας.
Το GOCE προοριζόταν να μετρήσει το βαρυτικό πεδίο της Γης με εξαιρετική ακρίβεια, πράγμα που πέτυχε. Αλλά κατέδειξε επίσης τις σχεδιαστικές επιλογές που ήταν απαραίτητες για τη λειτουργία σε VLEO.
Είχε μια κομψή, επιμήκη μορφή που το βοήθησε να ξεπεράσει την ατμοσφαιρική αντίσταση. «Έμοιαζε με βελάκι», λέει ο Lewis. Το GOCE τελικά ξέμεινε από καύσιμα και κάηκε κατά την επανείσοδό του στην ατμόσφαιρα το 2013.
Αρκετές εταιρείες προσπαθούν τώρα να κάνουν κάτι ακόμη πιο εντυπωσιακό. Αναπτύσσουν τεχνολογία για τη συγκομιδή μορίων από το λεπτό στρώμα αέρα που υπάρχει στο VLEO, προκειμένου να προωθούνται οι δορυφόροι από μόνοι τους.
Ένα τέτοιο σύστημα, το οποίο ονομάζεται Air-Breathing Electric Propulsion (ABEP), έχει καταστεί δυνατό χάρη στις προόδους στην ηλεκτρική και ιοντική πρόωση τα τελευταία χρόνια.
Στην ουσία, περιλαμβάνει τη στερέωση ενός μεγάλου ανοίγματος στο μπροστινό μέρος του δορυφόρου, μέσα στο οποίο ρέουν μόρια αερίου από την ατμόσφαιρα πριν ιονιστούν για να δημιουργήσουν το υλικό αυτό που παράγει την ώθηση στον δορυφόρο.
Μια εταιρεία που διερευνά τις δυνατότητες του ABEP είναι η Stellar Advanced Concepts από το Λονδίνο. Μαζί με μια άλλη εταιρεία στην Ολλανδία και το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, η εταιρεία έλαβε επιχορήγηση ύψους 500.000 ευρώ από τη βρετανική κυβέρνηση για τις προσπάθειές τους τον Ιούλιο του 2024.
Ελπίζουν να εκτοξεύσουν έναν τέτοιο δορυφόρο στο διάστημα μέχρι το 2027. Θα είναι ένας μικρός δορυφόρος με μικρό ωφέλιμο φορτίο, ίσως μια κάμερα παρατήρησης της Γης.
Από την Αγγλία στην Ισπανία
Μια νεοσύστατη start-up που ονομάζεται Kreios Space, με έδρα το Βίγκο της Ισπανίας, εργάζεται επίσης σε ένα πρωτότυπο ABEP που στοχεύει να πετάξει μέχρι το 2026.
Στην περίπτωση της Kreios, αυτό θα είναι ένας μικρός δορυφόρος «που θα μας επιτρέψει να κάνουμε όλες τις δοκιμές σε τροχιά σε διαφορετικά ύψη», λέει ο Adrián Senar Tejedor, διευθύνων σύμβουλος και συνιδρυτής της εταιρείας.
Το βέλτιστο υψόμετρο για την εξισορρόπηση της ώσης και της αντίστασης αναμένεται να είναι μεταξύ 200-250 χλμ. «Αυτό είναι το ιδανικό σημείο», λέει ο Senar Tejedor.
Επισημαίνει όμως ότι σημαντικές εξελίξεις για την ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας προκύπτουν και στην άλλη πλευρά του Ατλαντικού...
Το αμερικανικό know-how
Το πρόγραμμα Otter του Υπουργείου Άμυνας των ΗΠΑ έχει ήδη δεσμεύσει περισσότερα από 20 εκατομμύρια ευρώ για να βοηθήσει αρκετές εταιρείες να αναπτύξουν δορυφόρους VLEO. Μία από αυτές, η Redwire σχεδιάζει ένα «τροχιακό drone» που ονομάζεται SabreSat. Η εταιρεία λέει ότι ο SabreSat θα μπορούσε να περάσει έως και επτά συνεχόμενα χρόνια στο επίπεδο VLEO.
Ο ευρωπαϊκός βραχίονας της Redwire αναπτύσσει ταυτόχρονα τον δικό του δορυφόρο VLEO, που ονομάζεται Phantom, στο πλαίσιο ενός έργου του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (Esa) με την ονομασία Skimsat.
«Αυτή τη στιγμή βρισκόμαστε στη μέση του σταδίου σχεδιασμού και η ομάδα εργάζεται με στόχο την εκτόξευση του δορυφόρου το 2027 ή το 2028», λέει ο Juan Pablo Ramos, διευθυντής επιχειρηματικής ανάπτυξης της Redwire στην Αμβέρσα του Βελγίου.
Οι λόγοι ενός δορυφόρου σε τροχιά VLEO
Υπάρχουν ορισμένοι πολύ καλοί λόγοι για τη λειτουργία ενός δορυφόρου σε VLEO. Ο πρώτος είναι η απεικόνιση της Γης - όσο πιο κοντά είσαι στη Γη, τόσο υψηλότερης ανάλυσης μπορούν να είναι οι εικόνες σου.
Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο για τον στρατό, αλλά και για πολιτικούς σκοπούς. «Υπάρχουν πολλές εφαρμογές στη ναυτιλία, τη γεωργία, την παρακολούθηση πυρκαγιών», λέει ο Senar Tejedor.
Και θα μπορούσαν να υπάρξουν επιστημονικά οφέλη από τη μελέτη της ατμόσφαιρας στο VLEO.
Η τοποθέτηση ειδικών αισθητήρων σε δορυφόρους «θα ήταν πραγματικά ονειρικό», λέει ο Sean Elvidge, επίκουρος καθηγητής διαστημικού περιβάλλοντος στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ στο Ηνωμένο Βασίλειο. «Θα μας έλεγε πάρα πολλά για το περιβάλλον».
Τηλεπικοινωνίες
Η άλλη σημαντική εφαρμογή της παρουσίας ενός δορυφόρου στο επίπεδο VLEO είναι ότι βρίσκεστε πιο κοντά στο έδαφος για τις επικοινωνίες.
Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για τις διαστημικές υπηρεσίες διαδικτύου, όπως το δίκτυο Starlink της SpaceX, το οποίο επί του παρόντος εκπέμπει το διαδίκτυο σε δέκτες στο έδαφος από υψηλότερες τροχιές.
Με τη χρήση χαμηλότερων δορυφόρων στο VLEO, οι κεραίες μπορούν να λειτουργούν σαν πύργοι κινητής τηλεφωνίας και να μεταδίδουν το διαδίκτυο απευθείας στο τηλέφωνό σας.
Η συνολική παγκόσμια αγορά για τις δορυφορικές υπηρεσίες VLEO θα μπορούσε να είναι τεράστια. «Αναμένουμε ότι θα είναι περίπου 15 δισεκατομμύρια ευρώ μέχρι το 2032», λέει ο Senar Tejedor.
«Ένα περίπλοκο περιβάλλον»
Το γεγονός ότι πολλοί νέοι δορυφόροι μπορούν δυνητικά να λειτουργήσουν στο επίπεδο VLEO θα δημιουργήσει επίσης ένα περίπλοκο περιβάλλον, λέει η Victoria Samson, επικεφαλής διευθύντρια διαστημικής ασφάλειας και σταθερότητας στο Secure World Foundation στην Ουάσινγκτον των ΗΠΑ. Η λειτουργία στο VLEO «δεν είναι κάτι απλό και ξεκάθαρο», λέει η Samson.
Σε τέτοια ύψη, οι δορυφόροι είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι στις επιδράσεις του Ήλιου, καθώς η θερμότητα μπορεί να συρρικνώσει ή να διογκώσει τη γήινη ατμόσφαιρα καθώς η ηλιακή δραστηριότητα αυξάνεται και μειώνεται.
Αυτό προκάλεσε πρόβλημα σε 38 δορυφόρους SpaceX Starlink το 2022, όταν μια γεωμαγνητική καταιγίδα προκάλεσε αύξηση της ατμοσφαιρικής αντίστασης έως και 50%, με αποτέλεσμα να προσελκυθούν πίσω στη Γη και να καούν. «Πρόκειται για έναν κίνδυνο που θα πρέπει να παρακολουθείται προσεκτικά, παρακολουθώντας στενά τις προβλέψεις του διαστημικού καιρού», λέει η Samson.
Ωστόσο, δεν υπάρχει αμφιβολία για το αυξανόμενο ενδιαφέρον για αυτή την ανεπαρκώς αξιοποιημένη περιοχή στην άκρη του διαστήματος. «Υπάρχει ένας διαφαινόμενος αγώνας δρόμου», λέει ο Senar Tejedor. Και όποιος καταφέρει να κατακτήσει πρώτος το επίπεδο VLEO θα εγκαινιάσει μια νέα εποχή της διαστημικής τεχνολογίας.