Este artigo foi publicado originalmente em A conversa. A publicação contribuiu com o artigo para Space.com’s Vozes de especialistas: artigos de opinião e insights.
Existem cerca de 15.000 satélites orbitando a Terra. A maioria deles, como o Estação Espacial Internacional e o Telescópio Hubbleresidir em órbita baixa da Terra, ou LEO, que atinge o máximo a cerca de 2.000 quilômetros acima da superfície da Terra.
Mas à medida que mais e mais satélites são lançados no LEO – SpaceX Constelação de internet Starlink sozinho eventualmente envie muitos milhares mais para lá – a região ficando um pouco lotado.
É por isso que é uma sorte que exista outra órbita, ainda mais próxima da Terra, que promete ajudar a aliviar a aglomeração. Chama-se VLEO, ou órbita terrestre muito baixae está apenas 60 a 250 milhas (100 a 400 quilômetros) acima da superfície da Terra.
Como um engenheiro e professor que está a desenvolver tecnologias para alargar a presença humana para além da Terra, posso dizer-vos que os satélites em órbita terrestre muito baixa, ou VLEO, oferecem vantagens sobre os satélites de maior altitude. Entre outros benefícios, os satélites VLEO podem fornecer imagens de maior resolução, comunicações mais rápidas e melhor ciência atmosférica. Divulgação completa: também sou cofundador e coproprietário da Victoria Defense, que busca comercializar VLEO e outras tecnologias de energia direcionada ao espaço.
Vantagens do VLEO
As imagens dos satélites de órbita terrestre muito baixa são mais nítidas porque simplesmente ver a Terra mais claramente do que satélites que estão mais acima, mais ou menos como chegar mais perto de uma pintura ajuda você a vê-la melhor. Isto se traduz em imagens de maior resolução para a agricultura, ciência climáticaresposta a desastres e fins de vigilância militar.
A comunicação ponta a ponta é mais rápida, o que é ideal para comunicações em tempo real, como telefone e serviços de Internet. Embora os sinais ainda viajem na mesma velocidade, eles não precisam ir tão longe, então a latência diminui e as conversas acontecem com mais tranquilidade.
Muito previsão do tempo depende de imagens de nuvens acima da Terra, portanto, tirar essas fotos mais de perto significa maior resolução e mais dados para fazer previsões.
Por causa desses benefícios, agências governamentais e indústria estão trabalhando para desenvolver satélites de órbita terrestre muito baixa.
O assalto: arrasto atmosférico
Você pode estar se perguntando por que esta região do espaço, até agora, tem sido evitada para operações sustentadas de satélites. É por um motivo principal: arrasto atmosférico.
O espaço é frequentemente considerado um vácuo. Então, onde exatamente começa o espaço? Embora cerca de 62 milhas (100 quilômetros) acima – conhecido como o a linha von Kármán – é amplamente considerado o ponto de partida, não há transição difícil onde o espaço começa repentinamente. Em vez disso, à medida que você se afasta da Terra, o atmosfera se dilui.
Dentro e abaixo da órbita terrestre muito baixa, o Atmosfera da Terra ainda é espesso o suficiente para desacelerar os satélites, fazendo com que aqueles nas altitudes mais baixas desorbitar em semanas ou até diasessencialmente queimando à medida que caem de volta à Terra. Para neutralizar esta resistência atmosférica e permanecer em órbita, o satélite deve impulsionar-se constantemente para a frente – da mesma forma que andar de bicicleta contra o vento exige pedalar continuamente.
Para propulsão no espaço, os satélites usam vários tipos de propulsoresque fornecem o impulso necessário para não desacelerar. Mas no VLEO, os propulsores precisam estar ligados o tempo todo ou quase todo o tempo. Como tal, os propulsores convencionais ficariam rapidamente sem combustível.
Felizmente, a atmosfera da Terra no VLEO ainda é espessa o suficiente para que a própria atmosfera possa ser usada como combustível.
Tecnologias inovadoras de propulsores
É aí que entra minha pesquisa. Na Penn State, em colaboração com Georgia Tech e financiada pelo Departamento de Defesa dos EUAnossa equipe está desenvolvendo um novo sistema de propulsão projetado para funcionar de 43 a 55 milhas acima (70 a 90 quilômetros). Tecnicamente, estas altitudes estão ainda abaixo da órbita terrestre muito baixa – tornando o desafio de superar o arrasto ainda mais difícil.
Nossa abordagem coleta a atmosfera usando uma concha, como abrir bem a boca enquanto você pedala uma bicicleta, e depois usa microondas de alta potência para aquecer a atmosfera coletada. O gás aquecido é então expelido através de um bocal, que empurra o satélite para frente. Nossa equipe chama esse conceito de propulsor de plasma de microondas com respiração aérea. Conseguimos demonstrar um protótipo de propulsor em laboratório dentro de uma câmara de vácuo que simula a pressão atmosférica encontrada a 80 km de altura.
Esta abordagem é relativamente simples, mas tem potencial, especialmente em altitudes mais baixas, onde a atmosfera é mais espessa. Mais acima, onde a atmosfera é mais fina, as naves espaciais poderiam usar diferentes tipos de propulsores VLEO que outros estão desenvolvendo para cobrir grandes faixas de altitude.
Nossa equipe não é a única trabalhando com tecnologia de propulsores. Apenas um exemplo: o Departamento de Defesa dos EUA fez parceria com um empreiteiro de defesa Fio Vermelho desenvolver Lontraum satélite VLEO com sua versão de tecnologia de propulsor que respira atmosfera.
Outra opção para manter um satélite no VLEO, que aproveita uma tecnologia na qual trabalhei ao longo da minha carreira, é amarrar um satélite de órbita inferior a um satélite de órbita superior com uma corda longa. Embora a NASA nunca tenha pilotado tal sistema, a missão subsequente proposta para o sistema de satélite amarrado As missões realizadas na década de 1990 consistiam em lançar um satélite em uma órbita muito mais baixa a partir do ônibus espacial, conectado por uma corda muito longa. No momento, estamos revisitando esse sistema para ver se ele poderia funcionar para o VLEO de uma forma modificada.
Outras complicações
Superar o arrasto, embora seja o mais difícil, não é o único desafio. Os satélites de órbita terrestre muito baixa estão expostos a níveis muito elevados de oxigênio atômicoque é uma forma altamente reativa de oxigênio que corrói rapidamente a maioria das substâncias, até plásticos.
Os materiais do satélite também devem suportar temperaturas extremamente altas, acima de 1.500 graus Celsius (2.732 graus Fahrenheit), porque o atrito o aquece à medida que se move pela atmosfera, um fenômeno que ocorre quando todas as espaçonaves reentrar na atmosfera a partir da órbita.
O potencial destes satélites está a impulsionar a investigação e o investimento, e as missões propostas tornaram-se realidade. Pesquisa de zimbro estima que US$ 220 bilhões serão investidos apenas nos próximos três anos. Em breve, sua internet, previsão do tempo e segurança poderão ficar ainda melhores, alimentadas pelos satélites VLEO.
