Visoko na nebu Zemlje odvija se nova svemirska utrka. Iznad granice gdje počinje svemir tvrtke pokušavaju razviti novu klasu satelita koji nisu ni visokoletački avioni ni standardni sateliti u niskoj orbiti. Ovi novi uređaji dizajnirani su za kruženje oko našeg planeta u dosad neiskorištenom dijelu atmosfere, s potencijalno ogromnim prednostima.

Trenutno oko 10.000 satelita kruži oko Zemlje brzinama do 27.000 km/h. Svaki od njih nalazi se u stalnom slobodnom padu, a jedino ih velika horizontalna brzina drži u orbiti, odupirući se Zemljinoj gravitaciji. No nova generacija satelita pokušava pomaknuti granice tog balansa i održati se u mnogo nižoj orbiti, tik iznad atmosfere. Ti sateliti, poznati kao VLEO (Very Low Earth Orbit, odnosno vrlo niska orbita Zemlje), moraju se nositi s daleko jačim otporom zraka nego njihovi visoko orbitirajući prethodnici. Ako uspiju, mogli bi ostati u orbiti neograničeno dugo.

Nove visine, novi izazovi

Područje VLEO-a obuhvaća visine ispod 400 kilometara, sve do otprilike 100 kilometara. Problem s ovim visinama je to što atmosfera postaje sve gušća, a molekule zraka stalno udaraju u satelit i oduzimaju mu kinetičku energiju, usporavajući ga i na kraju uzrokujući njegov pad prema Zemlji. Dok sateliti u višim orbitama mogu ostati aktivni tisućama godina, oni u VLEO-u izdrže samo nekoliko mjeseci, tjedana ili čak dana, ovisno o njihovoj brzini, masi i obliku. Ako satelit padne na visinu od otprilike 100 kilometara, ponovni ulazak u atmosferu postaje neizbježan, a trenje ga zagrijava do tisuća stupnjeva i na kraju uništava.

Dosad su sateliti kroz vrlo nisku Zemljinu orbitu prolazili samo na putu prema višim orbitama ili pri povratku na Zemlju, ali jedan projekt pokazao je da je u tom prostoru moguće dulje opstati. Europska svemirska agencija (ESA) 2009. godine lansirala je satelit GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) te je on orbitirao na visini od 250 kilometara. Kako bi nadoknadio gubitak brzine uzrokovan otporom zraka, koristio je ionski pogon koji je ispaljivao nabijene čestice da bi mu pomogao održati stabilnu orbitu. GOCE je uspješno prikupljao podatke o Zemljinom gravitacijskom polju, ali je 2013. godine doživio vatreno umirovljenje u niskoj atmosferi nakon što je ostao bez goriva.

Rješenje su specijalni motori na... plazmu?

Nekoliko tvrtki trenutačno pokušava razviti novu tehnologiju koja bi omogućila satelitima da ostanu u vrlo niskoj orbiti neograničeno dugo. Njihov cilj je razviti sustav zračno-disajućeg električnog pogona (ABEP – Air-Breathing Electric Propulsion), a on bi omogućio satelitima da skupljaju molekule zraka iz atmosfere i koriste ih kao gorivo. Ova ideja temelji se na hvatanju molekula zraka u poseban otvor na prednjem dijelu satelita, gdje bi se one ionizirale i pretvorile u plazmu. Korištenjem magnetskih polja, satelit bi izbacivao te nabijene čestice i stvarao potisak.

Neke od tih tvrtki prednjače u razvoju satelita koji bi mogli raditi u vrlo niskoj orbiti.

Redwire, američka aeronautička tvrtka sa sjedištem na Floridi, radi na razvoju satelita SabreSat, orbitalnog drona dizajniranog da ostane u VLEO-u na neodređeno vrijeme. Njihov koncept uključuje solarne panele postavljene okomito na smjer kretanja, smanjujući otpor zraka, a dizajn je modularan, što omogućava prilagodbu različitim vrstama misija. Paralelno s tim, europski ogranak Redwirea u Belgiji razvija satelit Phantom u sklopu ESA-inog projekta Skimsat. Za razliku od SabreSata, Phantom neće koristiti tehnologiju disanja zraka za pogon, već će se oslanjati na poseban materijal koji smanjuje otpor i aerodinamičan stožasti prednji dio. Lansiranje se očekuje između 2027. i 2028. godine.

Britanska tvrtka Stellar Advanced Concepts također se uključila u utrku za VLEO satelitima. U suradnji s nizozemskim partnerima i Sveučilištem u Manchesteru, 2024. godine dobila je 390.000 funti financiranja od britanske vlade za razvoj eksperimentalnog satelita. Planiraju lansirati demonstracijski model do 2027. godine, a on bi trebao sadržavati kameru za promatranje Zemlje i testirati ključne tehnologije potrebne za operacije u VLEO-u.

Španjolska Kreios Space, smještena u Igualadi, razvija svoj sustav Air-Breathing Electric Propulsion (ABEP). Njihov prototip trebao bi poletjeti do 2026. godine, a ključni cilj misije bit će testiranje različitih visina između 200 i 250 kilometara, što se smatra 'idealnom zonom' za održavanje ravnoteže između potiska i otpora. Prema Adriánu Senaru Tejedoru, izvršnom direktoru Kreios Spacea, tržište VLEO satelita moglo bi doseći 15 milijardi dolara do 2032. godine.

S druge strane Atlantika, američko ministarstvo obrane ulaže značajna sredstva u ovu tehnologiju. Njihov program Otter već je izdvojio više od 20 milijuna dolara za financiranje različitih tvrtki koje razvijaju satelite s pogonom na atmosferski zrak. Među njima je i Redwire, čiji SabreSat ima potencijal revolucionirati dugotrajne misije u VLEO-u.

Iako su svi ovi projekti još u eksperimentalnoj fazi, natjecanje među proizvođačima postaje sve intenzivnije. Prva tvrtka koja uspije stabilno održati satelit u VLEO-u pomoću zračno-disajućeg pogona mogla bi imati značajnu prednost na ovom novom i obećavajućem tržištu.

Zasad su eksperimenti sa sustavom ABEP provedeni samo na tlu, ali tehnologija još nije testirana u svemiru. Ipak, nekoliko tvrtki već radi na tome da to promijeni. Britanska tvrtka Stellar Advanced Concepts razvija mali eksperimentalni satelit te bi mogao biti lansiran do 2027. godine.

'Kad počnete opisivati takve stvari ljudima, cijeli koncept počinje zvučati kao stroj s beskonačnim pogonom', rekao je Spense Wise, potpredsjednik Redwirea.

Zašto niska orbita?

Iako ABEP još nije dokazan u svemiru, VLEO sateliti imaju niz prednosti. Približavanje Zemlji omogućuje snimanje slike daleko veće rezolucije nego u višim orbitama, što bi moglo imati primjenu u vojne svrhe, ali i u civilnim područjima poput nadzora poljoprivrede, šumskih požara i pomorskog prometa. Osim toga, komunikacija sa Zemljom bila bi brža i pouzdanija. Sateliti bi mogli djelovati poput mobilnih odašiljača i omogućiti izravnu internetsku vezu sa zemaljskim uređajima bez potrebe za dodatnim prijemnicima.

Jedna od prednosti VLEO-a je i to što su sateliti ovdje podložni prirodnom 'čišćenju'. Ako otkažu, brzo će pasti i izgorjeti u atmosferi, čime se smanjuje rizik od stvaranja svemirskog otpada. Međutim problem može nastati ako se prilikom sudara fragmenti odbace u više orbite, gdje mogu ostati desetljećima. Indijsko testiranje protusatelitskog oružja 2019. godine pokazalo je da eksplozija u VLEO-u može poslati krhotine na visine do 1400 kilometara, gdje su ostale u orbiti čak 18 mjeseci.

Još jedan rizik za VLEO su geomagnetske oluje. U 2022. godini geomagnetska oluja povećala je atmosferski otpor za 50 posto, što je uzrokovalo pad i uništenje 40 novih SpaceX-ovih satelita Starlink. Kako bi se izbjegli slični problemi, operateri VLEO satelita morat će pažljivo pratiti svemirske vremenske uvjete.

Unatoč izazovima, sve je jasnije da VLEO postaje nova granica istraživanja svemira. Tvrtke i svemirske agencije utrkuju se u razvoju tehnologija koje će omogućiti dulji boravak u ovom dijelu orbite. Onaj tko ih prvi uspije stabilizirati u niskoj orbiti mogao bi otvoriti novo poglavlje u svemirskoj industriji, zaključuje BBC.