科学家发明新“绝招”克服人类卫星高度挑战，能够实现吗？

人类卫星发展目前遇到的最大挑战是什么？

众所周知，与所有其他技术一样，卫星技术在过去的几十年里有了突飞猛进的发展。卫星可以以越来越高的分辨率监测地球，从风暴预报到气候变化监测，再到农作物收成预测，无所不能。但有一件事仍然阻碍着卫星的发展：高度。

如果卫星能够在离地球较低、更近的轨道上运行，它们就可以以更好的分辨率收集更多的数据。通信卫星的延迟也会更低。但它们越靠近，大气阻力就越大，这导致它们的轨道衰变得更快，有时仅仅几个星期就会改变原本的轨道。造成危险。

而现在来自欧洲航天局（ESA）的科学家提出了一个解决方案：让卫星“呼吸”。这是什么方法？我们接着来看看。

卫星高度

我们知道，大多数卫星的轨道距离地球不超过300公里。卫星离地球越近，大气中的气体就越密集。把卫星放在低空意味着它的轨道会因为阻力而衰减得更快。例如，哈勃望远镜的轨道飞行距离约为540公里，国际空间站的轨道距离为330公里到410公里，但它有发动机来提高轨道进而改变轨道的高度。

虽然国际空间站的发动机不适用于卫星，但欧空局的系统却适用。这是一种空气呼吸式冲压喷射系统，正在通过欧空局的通用支持技术计划（GSTP）进行开发。GSTP是一个崭新的技术，能否克服人类卫星高度挑战呢？

随着欧空局、冯·卡曼研究所和米兰理工大学开发这一系统，大气阻力问题就变成了自己的解决方案。随着大气越来越接近地球，大气中也含有更多的氧气。这个系统可以收集稀有的氧气，并将其用作推进剂，使卫星保持在比以前更低的高度轨道上。

欧空局过去曾测试过卫星推进系统，包括一个运载40公斤氙气作为推进剂的系统。它被称为GOCE，称为重力场和稳态海洋环流探测器。通过比其他卫星更接近地球，它能够比以往更精确地绘制地球重力图。但是它的氙气推进剂在大约3.5年后用完了，因此当它进入大气层时就被摧毁了。

但是这个新系统不需要氙气，它可以利用高层大气中的稀薄氧气作为其离子推进器的燃料，这项技术可能会延长低空卫星的寿命。这项技术通过一种新型的进气口捕获大气顶部的空气分子，然后被收集和压缩到变成热电离等离子体的程度，然后给它们一个电荷来加速它们并将它们喷射出来以提供推力。吸气式电力推进可以使一种新的长寿命、低轨道飞行任务成为可能。

测试

当然，这项技术需要严格的测试，尤其是收集稀薄的大气需要一个非常特别设计的进气口。为此，意大利Sitael公司制造了一个完整的测试推进器，并将其置于真空舱中工作，该舱模拟200公里高度的条件。粒子流发生器在那个高度产生了模拟的大气流动。在测试中，系统表现良好。最初，他们想测试收集和压缩足够的空气以使设备工作的能力。但他们决定进一步测试。

他们安装了一个电动推进器，看看这个系统是否能收集足够的能量，并为点火提供足够的压力。首先，他们用氙气做了试验，结果很成功。然后他们用氮氧混合物代替了部分氙气，这也是成功的。

在第一阶段的测试中，他们使用氙气作为燃料，氙气会发出蓝光。当他们从氙气转换成氧氮时，颜色发生了变化，他们知道测试成功了。在最后的试验中，氙气被氮氧混合物完全取代，并且能够反复点火。

这一结果意味着吸气式电力推进不再是一个简单的理论，而是一个有形的、可行的概念，随时可以发展，有朝一日将成为新一类任务的基础。

展望未来

这些测试已经过去几年了，而且这个系统还在开发中。如果它能在实际中发挥作用，它就有很大的潜力。欧空局表示，该系统可以让卫星在180公里到250公里的高度连续运行。发动机的有效性很大程度上取决于特殊设计的进气口。从稀薄的大气中收集和浓缩足够的空气分子是一个挑战。这台发动机不仅可以使卫星更接近地球轨道，而且可以更好地工作，它可能适用于其他行星或卫星的任务。例如，火星确实有大气层，这样的系统有可能让卫星在较低的高度工作。