DARPA 希望突破卫星飞行范围

去年秋天，美国国防高级研究计划局 (DARPA) 宣布正在寻找新方法，让卫星在太空低边缘运行。国防高级研究计划局 (DARPA) 存在的目的是探索蓝天技术，并创造创新，使新工具成为可能。10 月宣布的代达罗斯项目 (Project Daedalus) 是一种管理地球蓝天之外卫星的方法，但距离不会太远。该项目征集是对 DARPA 想要解决的技术挑战的精彩描述，旨在扩大在轨能力。

DARPA 将极低地球轨道 (VLEO) 定义为高度低于 450 公里（约 280 英里）的轨道。相比之下，低地球轨道的高度为 2,000 公里或 1,200 英里。根据 DARPA 的说法，处于极低地球轨道的好处包括“提高光学成像的空间分辨率、提高雷达和激光雷达系统的信噪比、提高地理空间定位精度”。这些都使卫星上的摄像头和其他传感器能够更好地观察下方地球的活动，并更快、更准确地传达这些观察结果。

此外，DARPA 表示，将卫星送入 VLEO 更便宜、更容易，并指出“运载火箭插入能力更强，质量、体积和成本更节省”。更重要的是，由于 VLEO 距离地球很近，与其他卫星距离很远，低轨卫星可以减少辐射防护，并且通常不会受到大多数轨道碎片的干扰。

公告还指出，“与高轨道相比，跨部门空间碎片协调委员会指导方针的遵守负担有所减轻”，部分原因可能是极低轨道使卫星通常远离交通较为繁忙的轨道。

战争与和平中的废墟

轨道碎片是卫星（尤其是军用卫星）面临的一个复杂问题。虽然太空广阔无垠，但轨道却不大，而且轨道上有用的部分越来越多地被人造物体占据。

其中一些物体纯粹是用于科学研究，面向外太空的星空，而许多物体则是为了服务于地面而建造的。如果太空爆发战争，通信卫星、监视卫星，甚至用于记录地面天气的观测卫星都是潜在目标。美国、俄罗斯、中国和印度等国演示的反卫星导弹证明了这种能力的广泛性。

用导弹摧毁卫星会产生碎片，从导弹残骸到卫星残骸，这些碎片会留在轨道上。2021 年 11 月，俄罗斯摧毁了自己的科斯莫斯卫星，碎片散落在轨道各处，其中一些碎片仍然存在。

即使没有战争破坏的威胁，当现有碎片与卫星相撞时，也会产生新的碎片，进一步危及轨道上的所有物体。每将一个新物体送入轨道，发生碰撞的风险就会增加，因为碰撞产生的碎片可以向多个方向移动，因此它也可能危及更远和更近轨道上的卫星。

接近热层飞行

轨道空间存在摩擦，尤其是卫星越靠近大气层，越容易产生摩擦。低地球轨道上的卫星会受到大气阻力，因为束缚在地球大气层中的气体粒子会随着太阳的周期性膨胀和收缩。这反过来会增加卫星的摩擦力，这需要通过机载发动机进行轨道校正或降低轨道直到卫星重新进入大气层。热层，即从大约 90 公里（56 英里）高度开始的区域，延伸到“地球上方 500 至 1,000 公里（311 至 621 英里）之间”，这个范围是波动的。

整个极低地球轨道都在热层内。这使得将卫星保持在极低地球轨道上的挑战变得独一无二，这也解释了为什么 DARPA 可能会专门设立一个项目来应对这些挑战。这些挑战包括大气和气动阻力、太空天气、尽管低于低轨道也要为航天器的电池充电，甚至原子氧侵蚀，即低层大气中常见的 O2 被热层中的单原子氧取代的现象。原子氧可以破坏化学键，这对于由化合物制成的卫星来说是一个问题。

在代达罗斯计划中，DARPA 着手展示新技术，该技术可以实现长期持续的低地球轨道运行，尽管存在这些独特的危险。如果这样的计划成功，它就可以为卫星基础设施增加一层新面貌，将目标狭窄的传感器指向下方的世界。

代达罗斯计划本身属于机密，招标文件指出，承包商需要获得设施安全许可，以及项目工作人员的秘密许可。该计划的名称取自希腊神话中的伊卡洛斯，伊卡洛斯用蜡制的翅膀飞得太靠近太阳，因此在失控下降中丧生。伊卡洛斯的父亲代达罗斯更为谨慎，飞得更低，并幸存下来。