Kezd zsúfolttá válni az alacsony Föld körüli pályák térsége. Lehetne-e alacsonyabbra jönni a műholdakkal?
Ezt a kérdést járta körül decemberi, a The Conversation portálon megjelent írásában Sven Bilén, a Pennsylvaniai Állami Egyetem (Penn State) professzora.
Jelenleg nagyjából 15 ezer űreszköz kering a Föld körül. Legtöbbjük, mint például a Nemzetközi Űrállomás (ISS) vagy a nevezetes Hubble-űrteleszkóp, úgynevezett alacsony Föld körüli pályán (angol rövidítéssel low-Earth orbit, LEO) található, amelyek legfeljebb kb. 2000 kilométer a Föld felszíne felett húzódnak. De ahogy egyre több LEO műholdat indítanak – egymagában a SpaceX Starlink internetszolgáltató műholdserege évente több ezerrel növeli a számukat – a régió már most is kezd kissé zsúfolttá válni. Ez megnöveli az ütközések valószínűségét, fejlettebb „forgalomirányítást” és a műhold-üzemeltetők szorosabb együttműködését követeli meg.
Éppen ezért szerencsés, hogy létezik egy másik pályatípus, még közelebb a Földhöz, amely a zsúfoltság enyhítését ígéri. (Nyilván csak addig, amíg oda is el nem kezdenek túl sok űreszközt telepíteni. – A szerk.) Ennek az elnevezése a VLEO (very low-Earth orbit, vagyis nagyon alacsony Föld körüli pálya). A térség 100–400 km-rel a felszín felett húzódik, alsó határa lényegében egybeesik a légkör és világűr megszokott, némileg önkényesen megszabott (korántsem egyértelműen definiálható) határával.
A VLEO műholdak számos előnyt kínálnak a magasabban keringő társaikkal szemben. A felszínhez közelebb lévén, ugyanolyan optikai berendezésekkel nagyobb felbontású képeket lehet készíteni a fedélzetükről. A műholdas távérzékelés felhasználása széles körű, említhetjük például a mezőgazdaságot, a környezeti megfigyeléseket, az időjárás-előrejelzést, a klímakutatást, a katasztrófavédelmet, és persze a katonai felderítést is. A távközlésben a késleltetési idő rövidebb, a végpontok közötti kommunikáció gyorsabb, ami ideális a valós idejű alkalmazások, például a telefon- és internetszolgáltatások szempontjából. Bár a jelek továbbra is ugyanolyan fénysebességgel terjednek, nem kell olyan messzire kell eljutniuk, mint a magasabb pályákon keringő műholdak esetében. Végül a VLEO műholdak közvetlen lehetőséget nyújtanak a felsőlégkör jellemzőinek méréséhez. Ezen előnyök miatt az űripar és a kormányzati szervezetek már dolgoznak a nagyon alacsony Föld körüli pályán keringő műholdak fejlesztésén.
Ha ez ilyen jó dolog, akkor eddig miért kerülték ezt a térséget az űreszközökkel? A válasz kézenfekvő: a légellenállás miatt. Bár az űrt gyakran légüres térnek tekintik, valójában nincs hirtelen átmenet a légkör és a világűr között. Ahogy távolodunk bolygónktól, úgy csökken a levegő sűrűsége, de még a LEO térségben sem elhanyagolható, hát még jóval alatta. A legalacsonyabban keringő műholdak ezért heteken vagy akár napokon belül lefékeződnek és elhagyják pályájukat, hogy azután a sűrűbb légrétegekbe zuhanva megsemmisüljenek, gyakorlatilag elizzanak. Ahhoz, hogy ellensúlyozza a légköri ellenállást és pályán maradjon, egy műholdnak folyamatosan előre kell hajtania magát – pont úgy, ahogyan a széllel szembeni kerékpározás is folyamatos pedálozást igényel.
Az űrben a műholdak különféle típusú hajtóműveket használnak, amelyek biztosítják a lassulás megakadályozásához szükséges tolóerőt. A VLEO térségben azonban a hajtóműveknek – kis tolóerővel ugyan, de gyakorlatilag folyamatosan – bekapcsolva kell lenniük. Emiatt a hagyományos hajtóművek gyorsan kifogynának az üzemanyagból. Szerencsére a Föld légköre itt még mindig elég sűrű ahhoz, hogy magának a légkörnek az anyaga üzemanyagként felhasználható legyen. Ezen a ponton kerülnek a képbe az innovatív hajtómű-technológiák.
Az Egyesült Államokban két egyetem, a Penn State és a Georgia Tech együttműködésében, a Védelmi Minisztérium finanszírozásával olyan meghajtórendszert fejlesztenek, amely 70–90 km magasságban is működik. Technikailag ez már a légkörben, a VLEO térség alatt húzódik, még nehezebbé téve a légellenállás leküzdését. A módszer lényege, hogy repülés közben „begyűjtik” a levegőt, majd nagy teljesítményű mikrohullámokkal felmelegítik a gázt. Ezt egy fúvókán keresztül kifújják, ami előre tolja a műholdat. A koncepciót levegőbefúvásos mikrohullámú plazmahajtóműnek (air-breathing microwave plasma thruster) nevezik. Egyelőre egy prototípus sikeres bemutatásán vannak túl, amely a laboratóriumban, egy vákuumkamrában, a 80 km-es magasságban uralkodó légnyomás mellett üzemel.
Ebben a viszonylag egyszerű megközelítésben alacsonyabb magasságokban rejlik potenciál, ahol a légkör sűrűbb, van elegendő befogható anyag. Magasabban, ahol a légkör ritkább, a műholdak más típusú hajtóműveket használhatnának. Ilyesmiken más csoportok is dolgoznak. Egy másik – egyelőre inkább elméleti – lehetőség egy műholdnak a VLEO térségben való tartására, hogy azt egy magasabb pályán keringő műholdhoz hosszú kábellel rögzítik. Ezt a megoldást is vizsgálják (bár az nem világos, hogyan csökkenthetné ez a LEO térség zsúfoltságát… – A szerk.).
A légellenállás leküzdése, bár kétségtelenül a legnehezebb, de nem az egyetlen kihívás a VLEO műholdak számára. A légkör felső részein az eszközök nagyon magas atomos oxigénszintnek vannak kitéve, ami a legtöbb anyag esetében gyors korrózióval jár. A műholdaknak ráadásul rendkívül magas, akár 1500 Celsius-fok feletti hőmérsékletet is el kell viselniük, mivel nagy sebességük révén a légellenállás súrlódás felmelegíti őket.
Kapcsolódó cikkek:
