DARPA突破技术：低轨卫星将借助空气动力飞翔

空气呼吸式 VLEO 卫星在大气层中理论上可以维持轨道

DARPA 正在接近一个新的低点——轨道上的低点——因为国防部的研究机构将其超低地球轨道 (VLEO) 水獺卫星计划推进到了生产阶段。…

水獺计划已进入第二阶段，佛罗里达州的 Redwire 公司周三宣布获得了一份价值 4400 万美元的合同。Redwire 去年获得了水獺项目的主要合同，负责开发一种能够利用空气呼吸式电推进在轨道上运行而无需依赖固定燃料的 VLEO 卫星。

VLEO 的高度范围在 90 到 450 公里（56-280 英里）之间，相较于低地球轨道和地球同步轨道，这一高度相对不拥挤，主要是因为在这个高度的物体受到的空气阻力更大。这意味着需要更频繁地使用推进系统来维持轨道，因此 VLEO 中的卫星任务寿命有限。

“水獺计划旨在通过收集环境中的低密度空气，电离并加速产生的离子流，从而利用几乎无限的推进剂供应，实现 VLEO 高度下的延长卫星操作，”DARPA 在该计划的网页上指出。

正如《注册日报》在2024年初的一篇关于DARPA寻求此类VLEO系统的报道中提到的，空气呼吸电推进系统的想法是可以吸取在VLEO高度上存在的稀薄空气，以便将其转化为等离子体在电离室中。然后，带电粒子可以被喷射出航天器，作为推进剂，而无需机载气体。由于不需要机载燃料，这样的卫星可以制造得更小更轻，并且理论上可以超出依赖传统推进剂的设备的使用寿命。

然而，这种系统的制造非常困难，如果成功，Redwire的设计将成为第一个达到轨道的空气呼吸飞行器。

根据Redwire的说法，VLEO任务具有优势，因为它们与地面目标的距离更近，可以改善传感器感知并减少延迟，同时提高它们重新访问地球特定点的能力。VLEO操作也是理想的，因为在最低高度的废弃卫星和太空 debris 可以在短短几小时内失去轨道，或者在更高的地方，几天内失去轨道，而不是在太空中漂浮数十年。

SabreSat 准备飞行 - 最终实现

为 Otter 项目选择的设计是 Redwire 的 SabreSat，这是一种出乎意料的小型（仅 100 厘米或 39 英寸长）无人机样式的设备，可以在大约 150 公里（93 英里）的高度上停留长达七年，至少是按设计的预期。SabreSat 旨在执行多项任务，包括情报收集、监视和侦察、通信、导航和科学研究。

也就是说，目前尚不清楚 Redwire 是否真的制造出了功能性的 SabreSat 或 VLEO 空气呼吸电推力器。DARPA 在 Otter 项目页面上也提到，在地面测试设施中重现 VLEO 条件非常困难，因此功能性 SabreSat 的最终发射将是该公司首次将其设计投入实际应用的机会。

根据DARPA的说法，Otter计划将最终实现一个持续超过一年的“轨道风洞”演示，该演示将用于测试SabreSat的电推进技术。还将进行Redwire的推进器和进气技术的地面测试，以便将数据与从轨道操作中获取的信息进行比较。

除了为DARPA的Otter计划开发SabreSat外，该公司还与欧洲航天局合作开发其自己的VLEO平台，名为Phantom。与为DARPA设计的无人机样式的设备不同，Phantom更像是传统卫星，寿命较短（五年而不是七年），并且没有空气呼吸能力。

Redwire还与Deepsat合作开发一组VLEO地球观测卫星。这个合同是在今年七月才签署的，目前尚不清楚这个项目的开发进展如何。

目前尚不清楚DARPA何时希望将Redwire的Otter航天器投入空中。根据2023年的招标文件显示，DARPA预计该项目将持续四年。因为Redwire在2024年获得了首个合同，Otter可能要到2027年才能飞上天。然而，这个临时时间表是在两年前制定的，空气呼吸式电动VLEO发动机的开发肯定会非常艰难。