उपग्रह कितने नीचे जा सकते हैं? वीएलईओ उद्यमियों ने पता लगाने की योजना बनाई

वीएलईओ तेज संकल्प और तेज संचार को सक्षम बनाता है लेकिन वायुमंडलीय खिंचाव एक चुनौती बन जाता है

सैन फ्रांसिस्को - स्काईऑन के सीईओ रॉन रीडी जानते थे कि कम ऊंचाई पर उड़ने वाले उपग्रह एक नक्षत्र की लागत को कम कर सकते हैं। वह नहीं जानता था कि कोई शोस्टॉपर है या नहीं।

"मैंने टीम से यह साबित करने के लिए कहा कि यह काम नहीं करेगा, जो एक उद्यमी के लिए एक तरह से पिछड़ा हुआ है," रेडी ने कहा। "एक साल से अधिक समय के बाद, उन्होंने कहा, 'न केवल हम यह साबित नहीं कर सकते कि यह काम नहीं करेगा, हमें लगता है कि हमने साबित कर दिया कि यह काम करेगा।"

वह 2017 था। तब से, सैन डिएगो स्थित स्काईऑन (उच्चारण स्काई-ऑन) लगभग 250 किलोमीटर की ऊंचाई से उच्च-रिज़ॉल्यूशन दैनिक पृथ्वी इमेजरी प्रदान करने के लिए छोटे उपग्रहों के एक समूह के लिए प्रमुख घटकों का विकास और परीक्षण कर रहा है।

पारंपरिक पृथ्वी-इमेजिंग उपग्रहों के नीचे की कक्षाओं के वादे की पहचान करने में स्काईऑन अकेला नहीं है। सैन फ्रांसिस्को स्थित अर्थ ऑब्जर्वेंट और ऑस्टिन, टेक्सास के अल्बेडो भी उपग्रहों को बहुत कम पृथ्वी की कक्षा (वीएलईओ) में भेजने के लिए धन जुटा रहे हैं।

इस बीच, यूरोपीय संघ ने खोजकर्ता को 5.7 मिलियन यूरो (6.7 मिलियन डॉलर) समर्पित किए, एक क्षितिज 2020 अनुसंधान कार्यक्रम जिसका उद्देश्य कम ऊंचाई वाले संचालन के लिए पृथ्वी अवलोकन उपग्रहों के "कट्टरपंथी रीडिज़ाइन" के उद्देश्य से है।

वीएलईओ में सभी की दिलचस्पी क्यों? उपग्रह की लागत अक्सर उनकी ऊंचाई के साथ बढ़ती है।

ब्याज की वस्तु के करीब जाने से टेलीस्कोप ऑप्टिक्स की लागत कम हो जाती है। ग्राउंड स्टेशनों के करीब यात्रा करने से रेडियो बिजली की मांग कम हो जाती है, जिससे बड़े सौर पैनलों की आवश्यकता कम हो जाती है। संचार मिशनों के लिए, निचली कक्षाओं का मतलब निम्न-विलंबता डेटा स्थानांतरण है। साथ ही, वीएलईओ कम विकिरण के लिए उपग्रहों को उजागर करता है, और अधिक ऑफ-द-शेल्फ अंतरिक्ष यान घटकों के लिए रास्ता साफ करता है।

"इनमें से कोई भी आसान नहीं है, लेकिन यदि आप इन विचारों को काम करने के लिए प्राप्त कर सकते हैं तो पेबैक संभावित रूप से बहुत महत्वपूर्ण है," पीटर रॉबर्ट्स, डिस्कवर वैज्ञानिक समन्वयक और मैनचेस्टर एयरोस्पेस रिसर्च इंस्टीट्यूट स्पेस थीम लीड विश्वविद्यालय ने कहा।

६५० किलोमीटर से १६० किलोमीटर तक एक उपग्रह की ऊंचाई कम करने से "रडार आरएफ शक्ति में 650x की कमी, संचार आरएफ शक्ति में 160x की कमी और समान प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल एपर्चर व्यास में 64x की कमी होती है," थेल्स एलेनिया स्पेस ने 16 के एक पेपर में समझाया। स्किमसैट, वीएलईओ के लिए डिजाइन की गई फ्रांसीसी-इतालवी कंपनी के छोटे उपग्रह।

कॉग्निटिव स्पेस के सीईओ और ब्लैकस्काई के पूर्व मुख्य प्रौद्योगिकी अधिकारी स्कॉट हरमन ने कहा, "उच्च रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने और अभी भी एक छोटी सी दुनिया में खेलने के लिए, आपका एकमात्र विकल्प कम जाना है।"

बूस्ट चाहिए?

बेशक, वीएलईओ से जुड़ी चुनौतियाँ हैं। 450 किलोमीटर की ऊंचाई के नीचे, वायुमंडलीय ड्रैग एक उपग्रह के जीवनकाल को छोटा कर देगा जब तक कि जहाज पर प्रणोदन या कोई बाहरी बल इसे अधिक नहीं बढ़ा देता। (कार्गो वाहन और जहाज पर थ्रस्टर अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन की मदद करते हैं, जो लगभग 400 किलोमीटर रहता है, इसकी ऊंचाई बनाए रखता है।)

वीएलईओ उपग्रह पहले भी उड़ाए जा चुके हैं। यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी का गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र और स्थिर-राज्य महासागर परिसंचरण एक्सप्लोरर अंतरिक्ष यान, जिसे GOCE कहा जाता है, 240 से 280 तक क्सीनन-ईंधन वाले इलेक्ट्रिक थ्रस्टर्स की मदद से 2009-2013 किलोमीटर की ऊंचाई पर बना रहा।

क्सीनन ने 200 से 2017 तक लगभग 2019 किलोमीटर की ऊंचाई पर जापान एयरोस्पेस एक्सप्लोरेशन एजेंसी के सुपर लो एल्टीट्यूड टेस्ट सैटेलाइट (SLATS) को रखने वाले इलेक्ट्रिक थ्रस्टर्स को भी संचालित किया।

सौभाग्य से वीएलईओ पर केंद्रित छोटी कंपनियों के लिए, विभिन्न प्रकार के नए हल्के इलेक्ट्रिक थ्रस्टर्स प्रयोगशालाओं और कक्षा में खुद को साबित कर रहे हैं। इसके अलावा, जर्मनी के स्टटगार्ट इंस्टीट्यूट ऑफ स्पेस सिस्टम्स के पास एयर-ब्रीदिंग इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन के लिए प्रमुख तकनीकों का परीक्षण करने के लिए डिस्कवर फंडिंग है, एक थ्रस्टर जो वायुमंडलीय कणों को वीएलईओ उपग्रहों के लिए प्रणोदक में बदल देता है।

और वायुमंडलीय खींचें सभी खराब नहीं हैं। यह वीएलईओ में मलबे को सीमित करता है और यह सुनिश्चित करता है कि उपग्रह पृथ्वी के वायुमंडल में फिर से प्रवेश करें जब वे अब उपयोगी न हों।

आपके पिता का उपग्रह नहीं

उच्च कक्षाओं के लिए लोकप्रिय बॉक्सी उपग्रहों के विपरीत, वीएलईओ उपग्रह बेलनाकार हो सकते हैं या वायुमंडलीय खिंचाव को कम करने के लिए तीर की तरह नुकीले हो सकते हैं।

एयरोस्पेस कार्पोरेशन वीएलईओ को डिस्कसैट के लिए एक आशाजनक अनुप्रयोग के रूप में देखता है, जो इसे सीधा रखने के लिए ऑनबोर्ड थ्रस्टर्स के साथ प्लेट के आकार का उपग्रह है। डिस्कसैट प्रदर्शन के हिस्से के रूप में, एयरोस्पेस 250 किलोमीटर से कम ऊंचाई पर निरंतर संचालन करने की योजना बना रहा है, मिशन सिस्टम इंजीनियरिंग के वरिष्ठ वैज्ञानिक, एयरोस्पेस कॉर्प। रिचर्ड वेले ने कहा।

सामग्री विज्ञान भी खेल में आता है।

मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के शोधकर्ता जून में आईएसएस से तैनात एक खोजकर्ता-वित्त पोषित क्यूबसेट, ऑर्बिटल एरोडायनामिक्स रिसर्च (एसओएआर) के लिए अपनी दुर्लभ कक्षीय वायुगतिकी अनुसंधान सुविधा और कक्षा में ऑनबोर्ड उपग्रह में जमीन पर ड्रैग को कम करने के लिए सामग्री का परीक्षण कर रहे हैं। SOAR वायुमंडलीय घनत्व और संरचना, और हवा के वेग को मापने के लिए एक स्पेक्ट्रोमीटर से लैस है। तीन-इकाई क्यूबसैट में पंख भी होते हैं जो विमान की उड़ान नियंत्रण सतहों की तरह काम करते हैं।

"हम कुछ वायुगतिकीय नियंत्रण युद्धाभ्यास करने के लिए नियंत्रण सतहों का उपयोग करने में रुचि रखते हैं," निकोलस क्रिस्प, कक्षीय वायुगतिकी में खोजकर्ता साथी और मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के व्याख्याता ने कहा। "आप वायुगतिकीय टॉर्क उत्पन्न करने के लिए उपग्रहों पर अलग-अलग उपांग लगा सकते हैं।"

जो भी सामग्री ड्रैग को सीमित करती है उसे वीएलईओ में परमाणु ऑक्सीजन के उच्च स्तर के लिए लचीला साबित होना चाहिए।

JAXA के 400-किलोग्राम SLATS पर एक उपकरण ने परमाणु ऑक्सीजन को मापा और नमूना सामग्री पर इसके प्रभाव की निगरानी की। दुनिया भर की प्रयोगशालाओं में इसी तरह के शोध जारी हैं।

"एक बिंदु पर, परमाणु ऑक्सीजन हत्यारा समस्या की तरह दिखता था," रेडी ने कहा। हालांकि, स्काईऑन ने बाद में एक समर्पित परमाणु ऑक्सीजन परीक्षण सुविधा में आशाजनक नमूना सामग्री की पहचान की, जिसे कंपनी अब बाहरी आईएसएस प्लेटफॉर्म पर आजमा रही है।

लागत कम करना

सैटेलाइट तारामंडल संचालक वीएलईओ के लाभों से अच्छी तरह वाकिफ हैं।

स्काईसैट इमेजरी के रिज़ॉल्यूशन को बेहतर बनाने के लिए प्लैनेट ने 500 में पृथ्वी-अवलोकन स्काईसैट की ऊंचाई 450 किलोमीटर से घटाकर 2019 किलोमीटर कर दी।

स्पेसएक्स ने फेडरल कम्युनिकेशंस कमीशन द्वारा 7,500 में स्वीकृत योजना के तहत 335 स्टारलिंक उपग्रहों को 346 से 2018 किलोमीटर के बीच ऊंचाई पर भेजने की योजना का खुलासा किया।

भविष्य के नक्षत्रों के लिए, वीएलईओ लागत बचत का वादा करता है।

"यह पता चला है कि ऊंचाई लागत के लिए एक जबरदस्त निर्धारण कारक है," रेडी ने कहा। "और लागत आपके द्वारा लगाए जा सकने वाले उपग्रहों की संख्या के लिए निर्धारण कारक है।"

$२००,००० से $३००,००० प्रति उपग्रह पर, एक मीटर प्रति पिक्सेल के संकल्प के साथ दैनिक वैश्विक इमेजरी इकट्ठा करने के लिए एक १००-उपग्रह तारामंडल की लागत $२० मिलियन से $३० मिलियन होगी।

"यह अविश्वसनीय रूप से कम लागत है, अगर यह हमें तीन साल के लिए एक मीटर रिज़ॉल्यूशन पर दैनिक पुन: इमेजिंग प्राप्त करेगा," रेडी ने कहा।

अर्थ ऑब्जर्वेंट 2020 यूएस एयर फ़ोर्स स्मॉल बिज़नेस इनोवेशन रिसर्च कॉन्ट्रैक्ट के साथ वीएलईओ अर्थ-इमेजिंग सैटेलाइट विकसित कर रहा है। SBIR.gov वेबसाइट पर पोस्ट किए गए एक सार के अनुसार, अनुबंध निधि 25-सेंटीमीटर-रिज़ॉल्यूशन इमेजरी एकत्र करने और मिनटों में "सीधे युद्धक" को डेटा स्थानांतरित करने में सक्षम उपग्रह पर काम करती है।

अर्थ ऑब्जर्वेंट के सह-संस्थापक और सीईओ क्रिस्टोफर थीन ने कहा, "वीएलईओ लागत के एक अंश पर पृथ्वी के अवलोकन को सक्षम कर सकता है।" "बड़ी संभावनाएं हैं क्योंकि लोग उच्च-रिज़ॉल्यूशन डेटा चाहते हैं।"

अल्बेडो के सीईओ टोफर हदद वीएलईओ पर तब तक केंद्रित नहीं थे, जब तक कि उन्होंने प्रति पिक्सेल 10 सेंटीमीटर के रिज़ॉल्यूशन के साथ अर्थ इमेजरी प्राप्त करने का तरीका खोजना शुरू नहीं किया। पहला कदम यह पता लगा रहा था कि "हम कितनी कम उड़ सकते हैं," हदद ने कहा।

Haddad जवाब साझा करने के लिए तैयार नहीं है, लेकिन स्टार्टअप ने 10-सेंटीमीटर रिज़ॉल्यूशन के साथ इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल इमेजरी और दो-मीटर रिज़ॉल्यूशन के साथ थर्मल इमेजरी इकट्ठा करने के लिए रेफ्रिजरेटर के आकार के उपग्रहों के एक समूह के लिए $ 10 मिलियन जुटाए हैं।

मानसिकता को आगे बढ़ाना

एयरबस डिफेंस एंड स्पेस, ब्लैकस्काई, कैपेला स्पेस, आइसआई, मैक्सार टेक्नोलॉजीज, प्लैनेट और सैटेलोलॉजिक जैसी कंपनियां पहले से ही पारंपरिक लो-अर्थ और जियोस्टेशनरी कक्षाओं में उपग्रहों के साथ व्यापक अर्थ इमेजरी एकत्र करती हैं। फिर भी, मौजूदा बाजार सभी को संतुष्ट नहीं करता है।

उदाहरण के लिए, एक रैंचर, जिसने स्काईऑन से संपर्क किया था, उसे वहनीय, दैनिक एक-मीटर-रिज़ॉल्यूशन इमेजरी नहीं मिल पा रही थी, जिसमें दर्जनों पानी के छिद्रों में उसके मवेशियों को इकट्ठा करते हुए दिखाया गया था।

नए वीएलईओ नक्षत्र उस प्रकार के नए स्थान को भर सकते हैं यदि वे नए नक्षत्रों के लिए धन जुटाने और विभिन्न तकनीकी चुनौतियों से निपटने में सफल होते हैं।

रॉबर्ट्स ने कहा, "बहुत कम पृथ्वी की कक्षा के साथ बहुत सारी समस्या आम तौर पर उन लोगों की मानसिकता को आगे बढ़ा रही है जो कम-पृथ्वी की कक्षा के उपग्रहों के मामले में अधिक पारंपरिक हैं और साबित करते हैं कि यहां निश्चित लाभ हैं और समस्याएं दुर्गम नहीं हैं," रॉबर्ट्स ने कहा।

यह लेख SpaceNews पत्रिका के अक्टूबर 2021 के अंक में छपा है।

स्रोत: https://spacenews.com/how-low-can-satellites-go-vleo-entrepreneurs-plan-to-find-out/