Kreios Space đã hợp tác với Kongsberg NanoAvionics để phóng một vệ tinh siêu nhỏ nặng 200 kg được trang bị hệ thống đẩy điện khí quyển tại quỹ đạo Trái Đất rất thấp (VLEO), dải độ cao từ 150-300 km nơi hầu hết các vệ tinh sẽ bị suy giảm quỹ đạo chỉ trong vòng vài tháng. Nếu thử nghiệm chứng minh được khái niệm này, các vệ tinh có thể tận dụng chính lớp không khí loãng mà chúng đang phải chống chọi để duy trì độ cao, từ đó cắt giảm nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa học nặng và đắt đỏ.

Tại sao VLEO lại là một vấn đề

Ở độ cao VLEO, các phân tử oxy và nitơ còn sót lại tạo ra lực cản có thể đo lường được. Lực cản này làm tiêu hao tốc độ quỹ đạo, và chỉ trong vòng vài tuần đến vài tháng, một vệ tinh không có hệ thống đẩy sẽ rơi xoáy trở lại Trái Đất. Các hạt này cũng làm xói mòn các bề mặt tiếp xúc, rút ngắn tuổi thọ nhiệm vụ. Các động cơ đẩy truyền thống giải quyết vấn đề lực cản bằng cách mang theo chất đẩy, nhưng khối lượng tăng thêm sẽ làm giảm tải trọng hữu ích và đẩy chi phí phóng lên cao hơn.

Cơ chế hoạt động của "không khí làm nhiên liệu"

Hệ thống của Kreios hoạt động giống như một chiếc máy hút bụi thu nhỏ kết hợp với động cơ đẩy điện. Một bộ phận thu khí sẽ thu thập các phân tử O₂ và N₂ xung quanh. Nguồn năng lượng trên tàu sẽ ion hóa chất khí này, biến nó thành plasma—một loại khí tích điện. Sau đó, plasma được phun ra qua một vòi phun điện, tạo ra lực đẩy để chống lại lực cản. Về cơ bản, bầu khí quyển vốn làm chậm vệ tinh lại trở thành chất đẩy giúp đẩy nó tiến về phía trước.

Cách tiếp cận này hứa hẹn hai lợi ích tức thì:

  • Tiết kiệm khối lượng – Không cần bình chứa nhiên liệu chuyên dụng hay các động cơ đẩy hóa học lớn, giúp giải phóng thêm nhiều kilôgam cho các cảm biến hoặc thiết bị liên lạc.
  • Kéo dài thời gian thực hiện nhiệm vụ – Lực đẩy liên tục có thể giữ vệ tinh ở quỹ đạo VLEO trong nhiều năm thay vì chỉ vài tháng, cho phép chụp ảnh có độ phân giải cao hơn và cung cấp các kết nối có độ trễ thấp hơn—những lợi thế mà chỉ các phần đậm đặc nhất của bầu khí quyển mới có thể mang lại.

Tầm quan trọng đối với ngành công nghiệp

Nếu thử nghiệm của Kreios thành công, các đơn vị vận hành các chòm sao vệ tinh quan sát Trái Đất, viễn thông và IoT có thể giảm chi phí phóng và cải thiện chất lượng dữ liệu. Hình ảnh sắc nét hơn nhờ khoảng cách gần mặt đất hơn; độ trễ giảm đối với các dịch vụ băng thông rộng dựa trên các trạm tiếp sóng quỹ đạo thấp. Các công ty phụ thuộc vào dữ liệu vệ tinh—như các công ty logistics, quản lý xây dựng, nhà cung cấp nông nghiệp chính xác—sẽ được hưởng lợi từ thông tin nhanh chóng và chi tiết hơn.

Công nghệ này cũng mang lại những rủi ro mới. Việc tạo ra plasma trong môi trường khắc nghiệt đòi hỏi nguồn điện đáng tin cậy; hệ thống phải lấy đủ điện từ các tấm pin mặt trời mà không làm ảnh hưởng đến các tải trọng khác. Mức lực đẩy khá khiêm tốn, vì vậy việc duy trì quỹ đạo chính xác sẽ đòi hỏi phần mềm điều khiển tinh vi. Việc tiếp xúc lâu dài với khí thải ion hóa có thể đẩy nhanh quá trình mài mòn bề mặt tàu vũ trụ, một yếu tố vẫn chưa được định lượng trong các chuyến bay dài ngày.

Bước tiếp theo là gì

Kreios có kế hoạch phóng vệ tinh thử nghiệm vào cuối năm nay, nhắm tới quỹ đạo tròn ở độ cao 150 km để tối đa hóa mật độ khí quyển. Nhiệm vụ sẽ giám sát hiệu suất lực đẩy, mức tiêu thụ điện năng và sự xuống cấp của vật liệu trong vài tháng. Thành công có thể dẫn đến một dịch vụ thương mại cung cấp các bộ thiết bị đẩy "chạy bằng không khí" cho các vệ tinh siêu nhỏ, và có thể thúc đẩy các startup khác khám phá các khái niệm tương tự.

Kết luận

Việc biến lực cản khí quyển thành lực đẩy có thể viết lại bài toán kinh tế cho các nhiệm vụ VLEO. Bằng cách thu hoạch chính những hạt đang đe dọa kéo các vệ tinh xuống, Kreios Space đặt mục tiêu giữ chúng ở trên cao lâu hơn, rẻ hơn và với hiệu suất cao hơn. Chuyến bay sắp tới sẽ tiết lộ liệu ý tưởng này có thể chuyển đổi từ vật lý phòng thí nghiệm sang các hoạt động không gian thường nhật hay không.