VLEO - Very-Low-Earth-Orbit - Satelliten in sehr niedrigen Erdorbits

Technologien für Raumfahrtmissionen in sehr geringer Höhe

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gibt grünes Licht für den neuen Sonderforschungsbereich „Advancing Technologies of Very Low Altitude Satellites“ (SFB 1667 ATLAS). Unter Federführung der Universität Stuttgart wollen die Wissenschaftler*innen die technologischen Grundlagen für eine nachhaltige Nutzung des Bereichs der sehr niedrigen Erdorbits (VLEO – Very Low Earth Orbit Regime) erarbeiten. Eine Pressemitteilung der Universität Stuttgart.


Logo SFB ATLAS. (Grafik: SFB ATLAS)

Weiter in der Pressemitteilung der Universität Stuttgart  =>  Link zum Portalartikel

Viele Grüße, James

Schillrich: Threadtitel geändert

Halloo zusammen,

die DARPA lässt VLEO-Konzepte weiter untersuchen, für Überwachung und Aufklärung:
https://spacenews.com/redwire-wins-darpa-contract-for-vleo-demonstration/

Spannend finde ich die Technologie: air-breathing electric propulsion
Sie wollen offenbar die atomare Hochatmosphäre als Stützmasse nutzen, Orbits zwischen 90km und 450km zu halten.

Bei ESA gibt es auch ein Projekt: Skimsat auf 300km
https://spacenews.com/esa-funds-skimsat-demonstrator-study-for-vleo/

Soll das Einfangen wie beim Bussard Ramjet elektromagnetisch erfogen?

Wenn das funktioniert, dann kann mit einem Antriebsschub  Perigäum alle was in den LEO gebracht wird damit in den GTO oder darüber hinaus gebracht werden. Ein mal oben könnte das System als Space Tug dienen.

...Wenn das funktioniert, dann kann mit einem Antriebsschub  Perigäum alle was in den LEO gebracht wird damit in den GTO oder darüber hinaus gebracht werden. Ein mal oben könnte das System als Space Tug dienen.

Offensichtlich braucht dieses System die Restluft in dieser VLEO-Höhe (90 - 250 km) um zu funktionieren. (In LEO dürfte es schon nicht mehr optimal arbeiten)
Der Sinn ist die Bremswirkung der oberen Luftschichten zu kompensieren.
Eine Anhebung des Orbits in grössere Höhe ist damit wohl erstmal nicht so einfach möglich, denn ein Schub der im Perigäum erfolgt, erhöht das Apogäum, aber nicht das Perigäum. Um auch das Apogäum zu erhöhen müßte das Triebwerk im Apogäum arbeiten und dort ist dann wohl nicht mehr genügend Luft.
Zumindest sehe ich das so.

Ja, aber ein Super GTO, mit einem Perigäum innerhalb des Arbeitsbereich des Motors könnte erreicht werden. Von da ist es nicht mehr weit bis zum GEO. Bis hin zur Fluchtgeschwindigkeit V2 könnte so ein System funktionieren.

Es ist ein elektrischer Antrieb: niedriger Schub, hohe Effizienz … mit Umgebungsluft ist der spezifische Impuls quasi „unendlich“ … oder besser „nicht definiert“.

Solche Antriebe brauchen Dauerbetrieb, um ausreichend Impuls zu übertragen. Daher kann das nur sinnvoll zum Halten und Manövrieren im VLEO dienen, nicht für irgendwelche Ziele darüber.

Die Frage ist ja, ob die eingesammelte Luft sofort "weiterverarbeitet" wird, wie in einem Düsentriebwerk, oder ob sie einen Treibstoffvorrat auffüllt, der dann asynchron entnommen werden kann. Bei direkter Weiterverarbeitung kann das Triebwerk natürlich nur laufen, wenn man niedrig genug ist. Wenn man bei niedrig genug liegendem Perigäum aber genug Stützmasse sammeln und speichern kann, könnte man das Triebwerk auch längerfristig auf sehr eliptischen Bahnen betreiben.
Abgesehen davon, könnte man auch einfach wie bisher Treibstoff mitnehmen und den nutzen, wenn man nicht genug einsammeln kann.

Aber so wie ich das sehe ist noch nichts weiter bekannt, wie das Einsammeln und Nutzen der Luft funktionieren soll? Die normale (sehr dünne) Luft kann man ja nun auch nicht einfach durch ein klassisches Ionentriebwerk leiten ...

Ich habe bisher leider keine Ahnung/keine Information, wie der Antrieb grundsätzlich funktionieren soll ...

"Einsammeln" wäre die erste Hypothese. Das verschlechtert natürlich die Impulsbilanz, da man die Atome erst abbremsen muss, um sie dann mit mehr Impuls wieder abzuschießen ...

Aber, eine andere Idee: Könnte das Antriebskonzept auch sein, dass sie mit einem EM-Feld sich am "umliegenden/vorbeiziehenden Medium" einfach "abstoßen"?

Wahrscheinlich ist meine zweite Idee nicht sinnvoll. Sie müssen ja irgendwie das Medium ionisieren. Das kann ich mir nicht "außerhalb" vorstellen. Sie werden also Masse aufnehmen. Aber wird sie dann direkt im "Durchlauf erhitzt"?  Ich denke ja. Ein Sammeln und Lagern stelle ich mir schwierig vor. Zumindest wäre es ein deutlich komplexeres System.

Die Atome werden mit 7km/s bis 11kn/s eingefangen. Je nach Orbit.
Der Dual Stage 4 Grid Ionenantrieb der ESA beschleunigt auf 210km/s.

Ob bei dem neuen Verfahren die Stützmasse mit einem mech. Trichter oder Feldern eingefangen wird habe ich nicht rausgefunden.

Es gibt aber bereits einen Flugkörper vom MIT der das Gas unter einem Flügel beschleunigt.

Hier das Video
https://youtu.be/boB6qu5dcCw?feature=shared

Wahrscheinlich ist meine zweite Idee nicht sinnvoll. Sie müssen ja irgendwie das Medium ionisieren.

Nur so eine prinzipielle Frage: Sind im VLEO die vorhandenen Atome nicht größtenteils ionisiert?

Wenn sie auf den Trichter treffen, wird alles zu Plasma

Hier gibt es Neues:

Redwire erhält 44 Millionen Dollar DARPA-Auftrag zum Bau eines luftatmenden Satelliten
Der Auftrag erweitert eine Vereinbarung aus dem Jahr 2024, in der die DARPA das Unternehmen aus Florida für ihre Otter Very Low Earth Orbit-Mission ausgewählt hatte, ein Projekt zur Entwicklung eines luftatmenden Raumfahrzeugs, das in einer extrem dünnen, aber dennoch widerstandsfähigen Atmosphäre funktionieren kann.
Das Design ist darauf ausgelegt, weit unterhalb der typischen Satelliten zu fliegen. Die größere Nähe zur Erde würde die Bildauflösung und die Kommunikationslatenz verbessern.
Diese Vorteile haben das Interesse von Militärkunden geweckt, die schnellere Informationszyklen und eine verbesserte Verfolgung mobiler Bedrohungen wünschen. Der Nachteil ist ein schneller Orbitalverfall, es sei denn, ein Raumfahrzeug kann dem Luftwiderstand kontinuierlich entgegenwirken.

https://spacenews.com/redwire-lands-44-million-darpa-award-to-build-air-breathing-satellite/

Das Ding sieht sehr futuristisch aus, erinnert mich an einen "Weltraumwal" mit Rückenfinne, und ernährt sich ja auch von "Plankton"...

Im laufenden Auswahlprozess für die ESA M8-Mission ist auch ein Vorschlag zur Erkundung dieses Höhenbereichs (100 bis 200 km) noch im Rennen:
"An M-class Mission for the in-situ exploration of the Earth's Lower Thermosphere-Ionosphere (LTI)"
siehe die entsprechenden Posts im ESA-Thread, zB: https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=3426.msg581333#msg581333