Kreios Space با همکاری Kongsberg NanoAvionics قصد دارد یک ریزماهواره ۲۰۰ کیلوگرمی مجهز به سیستم پیشران الکتریکی اتمسفری را در مدار بسیار پایین زمین (VLEO) پرتاب کند؛ یعنی در محدوده ۱۵۰ تا ۳۰۰ کیلومتری که در آن اکثر ماهوارهها ظرف چند ماه از مدار خارج میشوند. اگر این آزمایش مفهوم مذکور را اثبات کند، ماهوارهها میتوانند از همان هوای رقی که در حال مبارزه با آن برای ماندن در مدار هستند، استفاده کنند و نیاز به سوختهای شیمیایی سنگین و گرانقیمت را از بین ببرند.
چرا VLEO یک مشکل است
در ارتفاعات VLEO، مولکولهای باقیمانده اکسیژن و نیتروژن باعث ایجاد پسکش (drag) قابلاندازهگیری میشوند. این پسکش سرعت مداری را کاهش میدهد و طی چند هفته تا چند ماه، ماهوارهای که فاقد سیستم پیشران باشد، به سمت زمین سقوط میکند. همین ذرات همچنین سطوح در معرض هوا را فرسوده کرده و طول عمر ماموریت را کوتاه میکنند. پیشرانهای متداول با حمل سوخت، مشکل پسکش را حل میکنند، اما جرم اضافی باعث کاهش ظرفیت محموله و افزایش هزینههای پرتاب میشود.
سیستم «هوا به عنوان سوخت» چگونه کار میکند
سیستم Kreios مانند یک جاروبرقی کوچک و پیشران الکتریکی عمل میکند که در هم ادغام شدهاند. یک دهانه مکش، مولکولهای O₂ و N₂ محیط را جمعآوری میکند. یک منبع تغذیه در داخل ماهواره، گاز را یونیزه کرده و آن را به پلاسما (یک گاز باردار) تبدیل میکند. سپس پلاسما از طریق یک نازل الکتریکی به بیرون رانده میشود و نیروی پیشرانی تولید میکند که با پسکش مقابله میکند. در واقع، اتمسفری که سرعت ماهواره را کاهش میدهد، به همان پیشرانی تبدیل میشود که آن را به جلو میراند.
این رویکرد دو مزیت فوری را نوید میدهد:
- صرفهجویی در جرم – عدم نیاز به مخازن سوخت اختصاصی یا پیشرانهای شیمیایی بزرگ، که باعث آزاد شدن چندین کیلوگرم فضا برای حسگرها یا تجهیزات ارتباطی میشود.
- افزایش مدت زمان ماموریت – پیشرانش مداوم میتواند یک ماهواره را به جای چند ماه، برای سالها در مدار VLEO نگه دارد و امکان تصویربرداری با وضوح بالاتر و لینکهای با تأخیر کمتر را فراهم کند که تنها در چگالترین بخشهای اتمسفر میسر است.
پیامدهای این فناوری برای صنعت
اگر آزمایش Kreios موفقیتآمیز باشد، اپراتورهای منظومههای مشاهده زمین، ارتباطات و اینترنت اشیا (IoT) میتوانند هزینههای پرتاب را کاهش داده و کیفیت دادهها را بهبود بخشند. تصاویر دقیقتر از فاصله نزدیکتر به زمین به دست میآیند؛ همچنین تأخیر در خدمات پهنباند که به رلههای مدار پایین متکی هستند، کاهش مییابد. شرکتهایی که به دادههای ماهوارهای وابسته هستند — از شرکتهای لجستیک و مدیران ساختوساز گرفته تا ارائهدهندگان کشاورزی دقیق — از دریافت اطلاعات سریعتر و دقیقتر بهرهمند خواهند شد.
این فناوری ریسکهای جدیدی نیز به همراه دارد. تولید پلاسما در یک محیط خشن نیازمند توان الکتریکی قابلاطمینان است؛ سیستم باید بدون به خطر انداختن سایر محمولهها، برق کافی از پنلهای خورشیدی دریافت کند. سطح پیشرانش محدود است، بنابراین حفظ دقیق مدار نیازمند نرمافزار کنترل پیشرفته خواهد بود. قرار گرفتن طولانیمدت در معرض خروجی یونیزه شده میتواند فرسایش سطوح فضاپیما را تسریع کند، عاملی که هنوز در پروازهای طولانیمدت به طور دقیق تعیین نشده است.
گامهای بعدی
Kreios قصد دارد ماهواره آزمایشی خود را در اواخر سال جاری میلادی پرتاب کند و هدف آن رسیدن به یک مدار دایرهای ۱۵۰ کیلومتری برای به حداکثر رساندن چگالی اتمسفر است. این ماموریت عملکرد پیشرانش، مصرف توان و تخریب مواد را طی چندین ماه زیر نظر خواهد گرفت. موفقیت این پروژه میتواند منجر به ارائه یک سرویس تجاری شامل کیتهای پیشران «سوختخورده با هوا» برای ریزماهوارهها شود و ممکن است استارتاپهای دیگر را نیز به بررسی مفاهیم مشابه ترغیب کند.
خلاصه کلام
تبدیل پسکش اتمسفری به نیروی پیشران میتواند اقتصاد ماموریتهای VLEO را بازنویسی کند. Kreios Space با بهرهبرداری از همان ذراتی که تهدید به پایین کشیدن ماهوارهها میکنند، قصد دارد آنها را برای مدت طولانیتر، با هزینه کمتر و با عملکرد بالاتر در مدار نگه دارد. پرواز پیش رو مشخص خواهد کرد که آیا این ایده میتواند از فیزیک آزمایشگاهی به عملیاتهای روزمره فضایی تبدیل شود یا خیر.