VLEO，Very low Earth orbit，极低地球轨道。
极低地球轨道（VLEO）是指距离地球表面250至450公里的轨道。 VLEO 可实现更清晰的分辨率和更快捷的通信，但是会面临大气阻力等挑战。
美国Skeyeon 公司首席执行官罗恩·里迪 (Ron Reedy) 知道在低空飞行卫星可以削减星座的成本。「我要求团队证明它行不通，这对企业家来说有点倒退，」里迪说。「一年多后，他们说，'我们不仅不能证明它行不通，我们认为我们证明了它会行得通。'」
那是 2017 年。 从那时起，总部位于圣地亚哥的 Skeyeon（发音为 sky-on）一直在开发和测试一组小型卫星的关键组件，以从大约 250 公里的高度提供高分辨率的日常地球图像。
在确定远低于传统地球成像卫星的轨道应用方面，Skeyeon 并不是唯一一家。总部位于旧金山的 Earth Observant 和德克萨斯州奥斯汀的 Albedo 也在筹集资金将卫星发送到极低地球轨道 (VLEO)。
与此同时，欧盟向 Discoverer 投入了 570 万欧元（670 万美元），这是一项地平线 2020 研究计划，旨在「彻底重新设计」用于低空运行的地球观测卫星。
为什么大家都对 VLEO 感兴趣？最主要的原因是成本问题，卫星成本通常随着它们的轨道高度提升而上升。
靠近观测物体会降低望远镜光学系统的成本。靠近地面站会减少对无线电功率的需求，从而减少对大型太阳能电池板的需求。对于通信任务，较低的轨道意味着较低的数据传输延迟。此外，VLEO 使卫星暴露在更少的辐射下，为更多现成的航天器组件扫清了道路。
「这一切都不是一件容易的事，但如果你能让这些想法付诸实践，回报可能会非常显着，」发现者科学协调员兼曼彻斯特大学航空航天研究所空间主题负责人彼得罗伯茨说。
Thales Alenia Space 在 2016 年的一篇论文中解释说 ，将卫星的高度从 650 公里降低到 160 公里，「会导致雷达射频功率降低 64 倍，通信射频功率降低 16 倍，光学孔径直径降低 4 倍，以实现相同的性能」。 Skimsats是最终法国-意大利公司按照 VLEO原则设计的小型卫星。
Cognitive Space 首席执行官兼前 BlackSky 首席技术官 Scott Herman 说：「为了获得更高的分辨率并仍然在小卫星世界中发挥作用，你唯一的选择就是降低轨道高度。」
需要提升吗？
当然，也存在与 VLEO 相关的挑战。在低于 450 公里的高度，大气阻力会缩短卫星的寿命，除非机载推进或外力将其推得更高。（例如：货运飞船和姿态推进器帮助位于约 400 公里处的国际空间站保持其高度。）
VLEO 卫星之前已经试验成功过。欧洲航天局的重力场和稳态海洋环流探索者卫星GOCE，在氙气燃料电动推进器的帮助下，从 2009 年到 2013 年保持在 240-280 公里的高度。
2017 年至 2019 年，氙气还为电力推进器提供动力，使日本宇宙航空研究开发机构的超低空试验卫星 (SLATS) 保持在约 200 公里的高度。
幸运的是，对于专注于 VLEO 的小公司来说，各种新型轻型电动推进器正在实验室和轨道上试验并取得成功。此外，德国斯图加特大学空间系统研究所获得了探索者基金的资助，用于测试大气电推进的关键技术，这是一种将大气粒子转化为 VLEO 卫星推进剂的推进器。
大气阻力也不全是坏事。它限制了 VLEO 中的碎片，并确保卫星在不再有用时迅速重新进入地球大气层。
不是想像的模样的卫星
与在更高轨道上流行的四四方方卫星不同，VLEO 卫星可能是圆柱形的或像箭头一样尖的，以减少大气阻力。
材料科学也开始发挥作用。
曼彻斯特大学的研究人员正在他们的稀有轨道空气动力学研究设施和轨道空气动力学研究 (SOAR) 轨道上的轨道卫星中测试减少地面阻力的材料，该卫星是 6 月从国际空间站放飞试验立方体卫星。SOAR 配备了光谱仪来测量大气密度和成分以及风速。三U立方星也有像飞机飞行控制面一样的鳍。「我们有兴趣使用控制面来执行一些空气动力学控制操作，」轨道空气动力学发现者研究员和曼彻斯特大学讲师 Nicholas Crisp 说。「你可以在卫星上放置不同的附件来产生空气动力扭矩。」
任何限制阻力的材料也必须证明对 VLEO 中高水平的原子氧具有弹性。
JAXA 的 400 公斤 SLATS 上的仪器测量原子氧并监测其对样品材料的影响。类似的研究正在世界各地的实验室中继续进行。「在某一时刻，原子氧看起来像是致命问题，」里迪说。然而，Skeyeon 后来在专用的原子氧测试设施中发现了有希望的样品材料，该公司现在正在外部 ISS 平台上进行试验。
削减成本
卫星星座运营商非常清楚 VLEO 的好处。
2019 年，Planet 将地球观测 SkySat 的高度从 500 公里降低到 450 公里，以提高 SkySat 图像的分辨率。
根据美国联邦通信委员会于 2018 年批准的计划，SpaceX 透露了将大约 7,500 颗 Starlink 卫星发送到 335 至 346 公里高度的计划。目前这个计划正在稳步实施，其在轨星座已经达到了惊人的1685颗，实际在轨运营1420颗。
对于未来的其它星座，VLEO 将会节省很大成本。
「事实证明，海拔高度是成本的一个巨大决定因素，」里迪说。「而成本是您可以放置的卫星数量的决定因素。」
每颗卫星 200,000 至 300,000 美元，一个由 100 颗卫星组成的星座以每像素一米的分辨率收集每日全球图像，将耗资 2000 万至 3000 万美元。
「如果这能让我们在三年内每天以一米的分辨率重新成像，这是非常低的成本，」Reedy 说。
Earth Observant 正在开发一颗 VLEO 地球成像卫星，该卫星与 2020 年美国空军小型企业创新研究合同签订。根据 http:// SBIR.gov 网站上发布的摘要，合同资金用于一颗能够收集 25 厘米分辨率图像并在几分钟内「直接向作战人员」传输数据的卫星。
Earth Observant 联合创始人兼首席执行官克里斯托弗·登 (Christopher Thein) 表示：「VLEO 可以以很少的成本实现地球观测。」 「潜力巨大，因为人们想要更高分辨率的数据。」
A lbedo 首席执行官 Topher Haddad 并没有专注于 VLEO，直到他开始寻找一种方法来获取分辨率为每像素 10 厘米的地球图像。哈达德说，第一步是弄清楚「我们能飞多低」。
哈达德还没有准备好分享答案，但该初创公司已经为一组冰箱大小的卫星筹集了 1000 万美元，用于收集 10 厘米分辨率的光电图像和两米分辨率的热图像。
转变心态
Airbus Defense and Space、BlackSky、Capella Space、Iceeye、Maxar Technologies、Planet 和 Satellogic 等公司已经使用传统低地球和地球静止轨道上的卫星收集了大量地球图像。尽管如此，目前的市场并不能满足所有人。
例如，一位与 Skeyeon 联系的牧场主无法找到价格合理、每天一米分辨率的图像，显示他的牛群聚集在广阔农场的数十个水坑进食的情况。
如果新的 VLEO 星座成功地为新星座筹集资金并应对各种技术挑战，它们可能会填补这种新的市场空白。罗伯茨说：「极低地球轨道的许多问题通常正在改变那些在低地球轨道卫星方面更传统的人的思维方式，并证明这里有明确的好处，而且问题并非不可克服。 」
编译：Space Doctor
