Uydular ne kadar alçalabilir? VLEO girişimcileri öğrenmeyi planlıyor

VLEO daha keskin çözünürlük ve daha hızlı iletişim sağlar ancak atmosferik sürüklenme zorludur

SAN FRANCISCO — Skeyeon CEO'su Ron Reedy, alçak irtifalarda uçan uyduların bir takımyıldızın maliyetini azaltabileceğini biliyordu. Gösterişli biri olup olmadığını bilmiyordu.

Reedy, "Ekipten bunun işe yaramayacağını kanıtlamasını istedim, bu da bir girişimci için biraz ters bir durum" dedi. “Bir yıldan fazla bir süre sonra, 'İşe yaramayacağını kanıtlayamadığımız gibi, işe yarayacağını da kanıtladığımızı düşünüyoruz' dediler.”

O zamandan bu yana, San Diego merkezli Skeyeon (sky-on olarak telaffuz edilir), yaklaşık 2017 kilometre yükseklikten yüksek çözünürlüklü günlük Dünya görüntüleri sağlamak amacıyla küçük uydulardan oluşan bir takımyıldız için temel bileşenleri geliştiriyor ve test ediyor.

Skeyeon, geleneksel Dünya görüntüleme uydularının çok altındaki yörüngelerin vaatlerini belirlemede yalnız değil. San Francisco merkezli Earth Observant ve Austin, Texas'tan Albedo da uyduları çok düşük Dünya yörüngesine (VLEO) göndermek için para topluyor.

Bu arada Avrupa Birliği, alçak irtifa operasyonları için Dünya gözlem uydularının "radikal bir şekilde yeniden tasarlanmasını" amaçlayan Horizon 5.7 araştırma programı Discoverer'a 6.7 milyon euro (2020 milyon dolar) ayırdı.

VLEO'ya bu kadar ilgi neden? Uydu maliyetleri genellikle yükseklikle birlikte artar.

İlgilenilen bir nesneye yaklaşmak teleskop optiklerinin maliyetini azaltır. Yer istasyonlarına yakın seyahat etmek, radyo gücüne olan talebi azaltarak büyük güneş panellerine olan gereksinimleri azaltır. İletişim görevleri için daha düşük yörüngeler, daha düşük gecikmeli veri aktarımı anlamına gelir. Ayrıca VLEO, uyduları daha az radyasyona maruz bırakarak daha fazla kullanıma hazır uzay aracı bileşeninin önünü açıyor.

Discoverer bilimsel koordinatörü ve Manchester Üniversitesi Havacılık ve Uzay Araştırma Enstitüsü uzay teması lideri Peter Roberts, "Bunların hiçbiri kolay değil, ancak bu fikirleri hayata geçirebilirseniz geri ödeme potansiyel olarak çok önemli" dedi.

Thales Alenia Space, 650 tarihli bir makalesinde, bir uydunun yüksekliğini 160 kilometreden 64 kilometreye düşürmek "aynı performansı elde etmek için radar RF gücünde 16 kat, iletişim RF gücünde 4 kat ve optik açıklık çapında 2016 kat azalmaya yol açmaktadır" dedi. Skimsats, Fransız-İtalyan şirketinin VLEO için tasarladığı küçük uydular.

Cognitive Space CEO'su ve eski BlackSky baş teknoloji sorumlusu Scott Herman, "Daha yüksek çözünürlük elde etmek ve küçük uydu dünyasında oynamaya devam etmek için tek seçeneğiniz daha aşağıya gitmektir" dedi.

BİR DESTEĞE İHTİYACINIZ MI VAR?

Elbette VLEO ile ilgili zorluklar var. 450 kilometrelik bir rakımın altında, atmosferik sürükleme, yerleşik itici güç veya harici bir kuvvet onu daha yükseğe çıkarmadığı sürece uydunun ömrünü kısaltacaktır. (Yük araçları ve yerleşik iticiler, yaklaşık 400 kilometre uzaklıkta bulunan Uluslararası Uzay İstasyonunun yüksekliğini korumasına yardımcı oluyor.)

VLEO uyduları daha önce de uçuruldu. Avrupa Uzay Ajansı'nın Yerçekimi alanı ve GOCE adı verilen kararlı hal Ocean Circulation Explorer uzay aracı, ksenon yakıtlı elektrikli iticilerin yardımıyla 240'dan 280'e kadar 2009-2013 kilometre irtifalarda kaldı.

Xenon ayrıca Japonya Havacılık ve Uzay Araştırma Ajansı'nın Süper Alçak İrtifa Test Uydusunu (SLATS) 200'den 2017'a kadar yaklaşık 2019 kilometre yükseklikte tutan elektrikli iticilere de güç verdi.

Neyse ki VLEO'ya odaklanan küçük şirketler için çeşitli yeni hafif elektrikli iticiler laboratuvarlarda ve yörüngede kendilerini kanıtlıyor. Buna ek olarak, Almanya'nın Stuttgart Üniversitesi Uzay Sistemleri Enstitüsü, atmosferik parçacıkları VLEO uyduları için itici gaza dönüştüren bir itici olan Hava-Solunumlu Elektrikli Tahrik için temel teknolojileri test etmek üzere Discoverer finansmanına sahiptir.

Ve atmosferik sürtünme o kadar da kötü değil. VLEO'daki enkazı sınırlar ve uyduların artık kullanışlı olmadıklarında hızla Dünya atmosferine yeniden girmelerini sağlar.

BABANIN UYDU DEĞİL

Daha yüksek yörüngeler için popüler olan kutulu uyduların aksine, VLEO uyduları silindirik olabilir veya atmosferik sürtünmeyi azaltmak için ok ucu gibi sivri uçlu olabilir.

Aerospace Corp., VLEO'yu, kendisini dik tutmak için yerleşik iticilere sahip plaka şeklinde bir uydu olan DiskSat için umut verici bir uygulama olarak görüyor. Aerospace Corp.'un Görev Sistemleri Mühendisliği kıdemli bilim insanı Richard Welle, DiskSat gösterisinin bir parçası olarak Aerospace'in 250 kilometre kadar düşük irtifalarda sürekli operasyonlar gerçekleştirmeyi planladığını söyledi.

Malzeme bilimi de devreye giriyor.

Manchester Üniversitesi araştırmacıları, Haziran ayında ISS'den konuşlandırılan Discoverer tarafından finanse edilen bir küp uydu olan Nadir Yörünge Aerodinamik Araştırma tesisinde ve yörüngedeki Yörünge Aerodinamik Araştırma Uydusu'nda (SOAR) yerdeki sürtünmeyi azaltmak için malzemeleri test ediyorlar. SOAR, atmosferik yoğunluğu, bileşimi ve rüzgar hızını ölçmek için bir spektrometre ile donatılmıştır. Üç üniteli küp uydu aynı zamanda uçak uçuş kontrol yüzeyleri gibi davranan kanatçıklara da sahip.

Yörünge aerodinamiği alanında Discoverer üyesi ve Manchester Üniversitesi öğretim görevlisi Nicholas Crisp, "Bazı aerodinamik kontrol manevralarını gerçekleştirmek için kontrol yüzeylerini kullanmakla ilgileniyoruz" dedi. "Aerodinamik tork üretmek için uydulara farklı eklentiler yerleştirebilirsiniz."

Sürtünmeyi sınırlayan malzemeler aynı zamanda VLEO'daki yüksek düzeydeki atomik oksijene karşı da dayanıklı olmalıdır.

JAXA'nın 400 kilogramlık SLATS'ındaki bir cihaz atomik oksijeni ölçtü ve bunun örnek malzemeler üzerindeki etkisini izledi. Benzer araştırmalar dünya çapındaki laboratuvarlarda da devam ediyor.

Reedy, "Bir noktada atomik oksijen öldürücü bir sorun gibi görünüyordu" dedi. Ancak Skeyeon daha sonra özel bir atomik oksijen test tesisinde umut verici örnek malzemeler tespit etti ve şirket şu anda bunu harici bir ISS platformunda deniyor.

MALİYETLERİ DÜŞÜRMEK

Uydu takımyıldızı operatörleri VLEO'nun faydalarının farkındadır.

Planet, SkySat görüntülerinin çözünürlüğünü iyileştirmek için Dünya gözlem SkySats'in yüksekliğini 500'da 450 kilometreden 2019 kilometreye düşürdü.

SpaceX, Federal İletişim Komisyonu tarafından 7,500 yılında onaylanan bir plan kapsamında yaklaşık 335 Starlink uydusunu 346 ila 2018 kilometre arasındaki irtifalara gönderme planlarını açıklamıştı.

Gelecekteki takımyıldızlar için VLEO maliyet tasarrufu vaat ediyor.

Reedy, "Yüksekliğin maliyet açısından muazzam bir belirleyici faktör olduğu ortaya çıktı" dedi. "Ve kurabileceğiniz uydu sayısı için belirleyici faktör maliyettir."

Uydu başına 200,000 ila 300,000 ABD Doları arasında, piksel başına bir metre çözünürlükle günlük küresel görüntüleri toplayacak 100 uydulu bir takımyıldızın maliyeti 20 ila 30 milyon ABD Doları olacaktır.

Reedy, "Üç yıl boyunca her gün bir metre çözünürlükte yeniden görüntüleme yapmamızı sağlayacaksa, inanılmaz derecede düşük maliyetli" dedi.

Earth Observant, 2020 ABD Hava Kuvvetleri Küçük İşletme Yenilik Araştırma sözleşmesiyle bir VLEO Dünya görüntüleme uydusu geliştiriyor. SBIR.gov web sitesinde yayınlanan bir özete göre, sözleşme fonları, 25 santimetre çözünürlüklü görüntüleri toplayabilen ve verileri "doğrudan savaşçıya" dakikalar içinde aktarabilen bir uydu üzerinde çalışıyor.

Earth Observant kurucu ortağı ve CEO'su Christopher Thein, "VLEO, maliyetin çok altında bir maliyetle Dünya gözlemini mümkün kılabilir" dedi. "Çok büyük bir potansiyel var çünkü insanlar daha yüksek çözünürlüklü veriler istiyor."

Albedo CEO'su Topher Haddad, piksel başına 10 santimetre çözünürlükte Dünya görüntüleri elde etmenin bir yolunu aramaya başlayana kadar VLEO'ya odaklanmamıştı. Haddad, ilk adımın "ne kadar alçaktan uçabileceğimizi" bulmak olduğunu söyledi.

Haddad cevabı paylaşmaya hazır değil ancak girişim, 10 santimetre çözünürlüklü elektro-optik görüntüler ve iki metre çözünürlüklü termal görüntüler toplamak amacıyla buzdolabı boyutunda uydulardan oluşan bir takımyıldız için 10 milyon dolar topladı.

ZİHNİYETİ HAREKETE GEÇİRMEK

Airbus Defence and Space, BlackSky, Capella Space, Iceye, Maxar Technologies, Planet ve Satellogic gibi şirketler halihazırda geleneksel alçak Dünya ve sabit yörüngelerdeki uydularla kapsamlı Dünya görüntüleri topluyor. Ancak mevcut pazar herkesi tatmin etmiyor.

Örneğin Skeyeon ile temasa geçen bir çiftlik sahibi, düzinelerce sulama deliğinde toplanan sığırlarını gösteren uygun fiyatlı, günlük bir metre çözünürlüklü görüntüler bulamadı.

Yeni VLEO takımyıldızları, yeni takımyıldızlar için para toplamayı ve çeşitli teknolojik zorlukların üstesinden gelmeyi başarırlarsa bu tür yeni boşluğu doldurabilir.

Roberts, "Çok düşük Dünya yörüngesiyle ilgili sorunların çoğu, genel olarak, düşük Dünya yörüngesindeki uydular konusunda daha geleneksel olan insanların zihniyetini harekete geçirmek ve burada kesin faydalar olduğunu ve sorunların aşılamaz olmadığını kanıtlamak." dedi.

Bu makale SpaceNews dergisinin Ekim 2021 sayısında yayınlanmıştır.

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