Проект ESA показал, что сопротивление воздуха может стать не помехой, а инструментом управления аппаратами
Компания NGC Aerospace завершила исследование по заказу Европейского космического агентства (ESA), в котором продемонстрировала новый подход к управлению спутниками на сверхнизких околоземных орбитах (VLEO). Вместо того чтобы постоянно компенсировать сопротивление атмосферы, разработчики предлагают использовать его как дополнительный механизм управления движением аппарата.
Сверхнизкие орбиты на небольшой высоте дают спутникам ряд преимуществ: связь с Землёй происходит с меньшей задержкой, а аппараты дистанционного зондирования могут получать более детальные изображения благодаря близости к поверхности. Однако главный недостаток таких орбит — плотные слои разреженной атмосферы, которые быстро замедляют спутники и требуют постоянной коррекции траектории.
В рамках программы RAVELO (Robust Attitude and Orbit Control System for Very Low Earth Orbit) инженеры NGC Aerospace разработали систему управления, которая превращает аэродинамическое сопротивление в полезный ресурс. Вместо традиционных методов стабилизации аппарат использует внешние аэродинамические элементы, изменяющие воздействие воздушного потока и позволяющие управлять ориентацией спутника сразу по трём осям.
Новая архитектура также позволяет решать проблему накопления момента вращения. Обычно спутники сбрасывают избыточный момент с помощью магнитных систем или двигателей ориентации, но на сверхнизких орбитах атмосферное воздействие само может выполнять эту задачу. Система использует аэродинамический момент для разгрузки реакционных колёс, снижая потребность в дополнительных управляющих устройствах.
Разработчики также изучают интеграцию с электроракетной двигательной установкой, которая будет использовать остатки атмосферы в качестве рабочего вещества. Такой «воздухозаборный» двигатель сможет собирать частицы разреженного газа на орбите и направлять их в электрический ускоритель, компенсируя постоянные потери скорости из-за сопротивления воздуха.
Программное обеспечение системы управления получило новые алгоритмы автономной навигации, включая режимы ориентации относительно направления воздушного потока и положения Солнца. Аппарат способен самостоятельно анализировать параметры орбиты, оценивать плотность атмосферы в реальном времени и выполнять необходимые корректировки без постоянных команд с Земли.
Следующим этапом станет дальнейшая отработка аэродинамических моделей и технологии воздухозаборной электрической тяги. В NGC Aerospace рассчитывают, что разработка позволит создавать более лёгкие и эффективные спутниковые группировки, работающие ближе к поверхности Земли.