科學家發明新「絕招」克服人類衛星高度挑戰，能夠實現嗎？

人類衛星發展目前遇到的最大挑戰是什麼？

眾所周知，與所有其他技術一樣，衛星技術在過去的幾十年裡有了突飛猛進的發展。衛星可以以越來越高的解析度監測地球，從風暴預報到氣候變化監測，再到農作物收成預測，無所不能。但有一件事仍然阻礙著衛星的發展：高度。

如果衛星能夠在離地球較低、更近的軌道上運行，它們就可以以更好的解析度收集更多的數據。通信衛星的延遲也會更低。但它們越靠近，大氣阻力就越大，這導致它們的軌道衰變得更快，有時僅僅幾個星期就會改變原本的軌道。造成危險。

而現在來自歐洲航天局（ESA）的科學家提出了一個解決方案：讓衛星「呼吸」。這是什麼方法？我們接著來看看。

衛星高度

我們知道，大多數衛星的軌道距離地球不超過300公裡。衛星離地球越近，大氣中的氣體就越密集。把衛星放在低空意味著它的軌道會因為阻力而衰減得更快。例如，哈勃望遠鏡的軌道飛行距離約為540公裡，國際空間站的軌道距離為330公裡到410公裡，但它有發動機來提高軌道進而改變軌道的高度。

雖然國際空間站的發動機不適用於衛星，但歐空局的系統卻適用。這是一種空氣呼吸式衝壓噴射系統，正在通過歐空局的通用支持技術計劃（GSTP）進行開發。GSTP是一個嶄新的技術，能否克服人類衛星高度挑戰呢？

隨著歐空局、馮·卡曼研究所和米蘭理工大學開發這一系統，大氣阻力問題就變成了自己的解決方案。隨著大氣越來越接近地球，大氣中也含有更多的氧氣。這個系統可以收集稀有的氧氣，並將其用作推進劑，使衛星保持在比以前更低的高度軌道上。

歐空局過去曾測試過衛星推進系統，包括一個運載40公斤氙氣作為推進劑的系統。它被稱為GOCE，稱為重力場和穩態海洋環流探測器。通過比其他衛星更接近地球，它能夠比以往更精確地繪製地球重力圖。但是它的氙氣推進劑在大約3.5年後用完了，因此當它進入大氣層時就被摧毀了。

但是這個新系統不需要氙氣，它可以利用高層大氣中的稀薄氧氣作為其離子推進器的燃料，這項技術可能會延長低空衛星的壽命。這項技術通過一種新型的進氣口捕獲大氣頂部的空氣分子，然後被收集和壓縮到變成熱電離等離子體的程度，然後給它們一個電荷來加速它們並將它們噴射出來以提供推力。吸氣式電力推進可以使一種新的長壽命、低軌道飛行任務成為可能。

測試

當然，這項技術需要嚴格的測試，尤其是收集稀薄的大氣需要一個非常特別設計的進氣口。為此，義大利Sitael公司製造了一個完整的測試推進器，並將其置於真空艙中工作，該艙模擬200公裡高度的條件。粒子流發生器在那個高度產生了模擬的大氣流動。在測試中，系統表現良好。最初，他們想測試收集和壓縮足夠的空氣以使設備工作的能力。但他們決定進一步測試。

他們安裝了一個電動推進器，看看這個系統是否能收集足夠的能量，並為點火提供足夠的壓力。首先，他們用氙氣做了試驗，結果很成功。然後他們用氮氧混合物代替了部分氙氣，這也是成功的。

在第一階段的測試中，他們使用氙氣作為燃料，氙氣會發出藍光。當他們從氙氣轉換成氧氮時，顏色發生了變化，他們知道測試成功了。在最後的試驗中，氙氣被氮氧混合物完全取代，並且能夠反覆點火。

這一結果意味著吸氣式電力推進不再是一個簡單的理論，而是一個有形的、可行的概念，隨時可以發展，有朝一日將成為新一類任務的基礎。

展望未來

這些測試已經過去幾年了，而且這個系統還在開發中。如果它能在實際中發揮作用，它就有很大的潛力。歐空局表示，該系統可以讓衛星在180公裡到250公裡的高度連續運行。發動機的有效性很大程度上取決於特殊設計的進氣口。從稀薄的大氣中收集和濃縮足夠的空氣分子是一個挑戰。這臺發動機不僅可以使衛星更接近地球軌道，而且可以更好地工作，它可能適用於其他行星或衛星的任務。例如，火星確實有大氣層，這樣的系統有可能讓衛星在較低的高度工作。