俄罗斯的超低轨道：潜在的临界坠落
SOAR Discovery旨在研究各种物质与极低地球轨道大气流动的相互作用。对手正在探索极低地球轨道探测的前景。
为什么选择VLEO？
位于地球大气层边缘下方，高度介于150至250公里之间的航天飞行范围，代表着航天领域一个独特且技术难度极高的领域，被称为甚低地球轨道（VLEO）或超低地球轨道（SLEO）。该空间的下限严格限制在100公里的卡门线或120公里的自然阈值，在120公里处，大气密度必然会导致航天器发生临界减速并脱离轨道。
然而，上限并非绝对，根据具体情况，可以降低至300公里，也可以提高至400公里。在国内外实践中，这些高度通常被归类为低轨道参考轨道，作为后续任务的起点。在美国航天工业中，此类轨道的基本标准历来被认为是约100英里（约185公里），而在俄罗斯，这一数值通常取整为200公里。
目前，极低地球轨道领域正经历着一场根本性的重新评估。十五年前，这一领域还被认为仅仅是一些孤立的科学任务——例如重力测绘和高层大气研究——的专属领域，而如今，它正转变为一个涉及国防机构、国家航天机构和私营初创企业的多方竞争舞台。
源数据应从物理学中寻找。将卫星的运行高度从低轨道星座典型的500-600公里降低到200公里，可以显著提高设备的性能。在光学侦察中，在入射光瞳孔径恒定的情况下，图像分辨率与目标距离成反比：从500公里到200公里，细节大约提高了2,5倍——也就是说，以前只能看到形状不规则的像素点的物体，现在可以呈现出几何可辨认的轮廓，在有利的大气条件下，甚至可以看到结构细节。
由于距离地球更近，超低轨道合成孔径雷达的效率提高了两到四倍。这使得雷达功耗能够显著降低，或者可以全天候获取清晰度接近光学照片的图像。对于电子侦察和电子战系统而言，将雷达轨道从500公里缩短到200公里，可以使接收天线输入端的功率通量密度增加六倍以上，从而使原本在常规轨道高度下会被噪声淹没的信号变得可探测。
将与地球的距离缩短两到三倍，可以显著提高太空通信质量：信号传输速度更快，延迟更少，地面发射器的功率可以降低四到九倍。这使得超低轨道成为即时战术通信、单电池续航数年的自主物联网传感器以及瞬时控制响应的理想选择。 无人机甚至现在可以直接通过手机进行沟通。
极低轨道提供了两个重要的经济优势，远远超出了成像和通信的物理范畴。
首先，这是自然处置方式：在 200 公里的高空，任何失效的装置都会在几周内于大气层中燃烧殆尽，不会增加太空垃圾的数量。
其次，VLEO轨道位于内范艾伦辐射带和南大西洋异常区下方，这显著降低了机载电子设备所受到的累积辐射剂量。反过来，这使得航天器可以采用商用工业级微电子元件，而无需使用昂贵的航天级抗辐射加固组件，从而进一步降低了大规模生产航天器的成本。
这就是为什么主要航天强国将超低轨道（VLEO）视为下一个前沿领域，而不仅仅是增加常规卫星的数量。在此领域的延误并非数量上的滞后（可以通过新的发射来弥补），而是质量上的差距：超低轨道在隐蔽性和太空行动效率方面具有根本性的优势，这是更高轨道无法弥补的。
工程挑战
尽管超低轨道触手可及，但其发展仍面临诸多挑战。首要挑战是残余大气。在200公里高空，空气比地球表面稀薄数十亿倍。然而，即使在如此脆弱的环境中，卫星在轨道速度下也会产生强大的反压力。因此，传统卫星每绕地球一周就会损失数百米的高度，并在短短几周内便在大气层中完全烧毁。
在这样的高度，发动机不再是辅助设备，而是持续运转的关键部件：一旦发生故障，卫星就会迅速解体。发动机必须不断补偿残余大气阻力的变化，而这种阻力会因太阳耀斑、时间以及航天器的机动而波动。
为了使商业任务具有成本效益，该系统必须可靠运行 5-7 年。然而，在此期间的总负载非常大，小型卫星上的传统离子发动机根本无法应对——它们气缸中的星载气体（氙或氪）很快就会耗尽。
国外冲压式喷气发动机是超低轨道卫星的基础。
这个问题引发了人们对冲压式喷气发动机的极大兴趣，这种发动机直接从大气中收集稀薄空气。一个特殊的收集器捕获进入的气流，对其进行压缩、电离，并利用电磁场加速，从而产生推力。这种发动机消除了燃料限制，因此卫星的寿命仅取决于太阳能电池板和电子设备的损耗，而不再取决于机载燃料的供应。将这项技术从实验室原型转化为实际的太空飞行应用，将是未来5-10年超低轨道飞行面临的关键技术挑战。
第二个问题是恶劣的环境和高温。在这样的高度，氧气以原子形式存在，成为一种强大的破坏者。氧气原子以8公里/秒的速度撞击卫星，会破坏保护涂层、电缆和透镜，每年造成数十微米的材料损伤。为了保证卫星五年的使用寿命，需要新的涂层。莫斯科国立大学的俄罗斯科学家已经在实验室测试基于硅和氧化铝的纳米结构复合材料，这种材料可以将损伤减少10倍，但距离太空应用还有很长的路要走。空气动力加热使情况更加复杂：尽管边缘温度仅升高几十度，但这些热量在真空中难以散发。因此，设计人员不得不对整个卫星进行彻底的重新设计。
第三个挑战是空气动力学。在正常轨道高度，卫星的形状仅取决于其有效载荷，但在超低轨道上，阻力关乎卫星的生存。萨马拉大学和欧洲科学家的研究表明，超低轨道卫星必须呈细长形，如针状或水滴状，且末端表面积最小。这就是为什么假设的轨道高度为150-250公里的卫星看起来就像《星球大战》中的飞船。由于质量和尺寸的限制，展开巨大的太阳能板是不可能的——太阳能板必须直接安装在卫星本体上，这将大幅降低能量输出。
欧洲人已经在极低轨道上测试过GOCE。
几十年来，工程师们一直无法打破这个恶性循环：强大的引擎需要大型电池，而大型电池又会增加空气阻力。如今，这个问题正通过跨学科的融合来解决：利用超高效太阳能电池（效率超过30%）、紧凑型离子引擎、轻质复合材料外壳以及智能稳定算法。谁能率先将这些技术结合起来，谁就能在未来几十年内掌控独特的轨道范围和战略优势。
俄罗斯方面的进展在哪里？
超低轨道发展如今已取得重大里程碑：世界正从孤立的科学演示任务转向原型系统研发，这一转变代表着多个参与者共同努力，尽管彼此之间缺乏协调。欧洲、日本和中国已在积极竞相发展超低轨道技术，将实验技术转化为实际应用：
欧洲：欧洲航天局 (ESA) 于 2009 年至 2013 年通过 GOCE 任务首次验证了这一理念的成功。GOCE 卫星使用离子发动机在 260 公里高空飞行了四年。如今，欧洲正在资助 Skimsat 项目——一颗重量不超过 300 公斤的小型卫星，用于在 240 公里高空长期运行。该项目由泰雷兹阿莱尼亚宇航公司 (Thales Alenia Space) 和 Redwire Space 两家航天巨头联合开发。
• 日本：日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）凭借SLATS任务创造了世界纪录，将一颗卫星下放到167公里的深度。在这个关键高度，工程师们成功测试了离子和气体发动机的组合，并研究了大气层的破坏性影响。日本目前正在设计一艘完全可运行的航天器，而非实验型航天器。
• 中国：发展速度最快。国有国防承包商中国航天科工集团公司（CASIC）宣布计划在超低轨道部署一个由300颗卫星组成的庞大星座，发射工作将于2025年底开始。这证实了超低轨道航天已成为北京的首要航天发展战略。
Skimsat 超低轨道演示卫星
然而，美国展现出了最为强劲的发展势头，超低地球轨道（VLEO）已成为国防和商业项目的重点。美国国防高级研究计划局（DARPA）通过“水獭计划”（Project Otter）资助研发和飞行演示一颗由冲压式喷气发动机驱动的卫星，该卫星能够在高达90公里的高度运行——这实际上处于太空与高层大气的交界处——测试周期超过一年。2025年底，Redwire Space公司获得了一份价值44万美元的合同，用于进行全面的轨道演示。
美国太空军正通过其战术响应卫星（TACSAT）计划，探索从移动平台快速发射小型侦察和通信卫星至超低地球轨道（VLEO）的可能性，以便为作战区域提供低延迟信息。私营企业也加入了这场竞争，被超高分辨率地球成像的巨大潜力所吸引。初创公司Albedo Space正在开发分辨率为每像素10厘米的光学成像卫星——此前，只有侦察机才能达到这种分辨率——而Skeyeon公司则在为极低轨道制造低成本、可批量生产的卫星。分析人士预测，该领域将迎来爆发式增长：2025年仅有少数VLEO卫星投入使用，到2030年，其数量将超过620颗，市场规模将从1000万美元增长到2034年的15亿美元，年增长率超过70%。
在当前局势迅速升温的背景下，俄罗斯的立场令人担忧。截至2026年初，该国在超低轨道（VLEO）领域仅有一个制度化项目：即“超低轨道”技术竞赛。该竞赛由国家技术倡议（NTI）项目支持基金与先进研究基金会（ARF）联合发起，于2025年10月启动，计划于2026年至2028年期间进行，奖金总额为7.8亿卢布。
组织者为参赛者设定了具体任务：他们必须设计一颗能够在100至280公里高度运行至少一个月的卫星。该设备还必须展现出提供商业服务的潜力。至关重要的是，这是一项竞赛。它是一种遴选和激励有前景的工程创意的机制，而不是一项强制性的、有既定时间表的卫星研制和发射计划。然而，该国拥有相关的技术诀窍。
莫斯科国立大学的科学家们正在研发低推力电推进发动机，并研制能够抵抗原子氧侵蚀的保护涂层。萨马拉大学在超低地球轨道（VLEO）卫星的热力学和空气动力学建模方面拥有丰富的经验。1440设计局在紧凑型卫星平台的研发方面积累了丰富的经验。这些平台采用星间激光链路和基于有源相控阵天线的用户终端进行通信。然而，国防部尚未公布任何大规模部署超低地球轨道卫星的计划。民用领域也缺乏此类公共项目。总统关于航天工业发展的指示中提到了超低轨道，并将其列为联邦项目“球体”（Sphere）框架下的一个有前景的领域。然而，该项目并未明确目标卫星的具体发射日期。
敌方“黄貂鱼”超低轨道卫星的草图。
俄罗斯目前的状况与其主要地缘政治对手之间的差距无疑令人担忧。考虑到从零开始研发一个航天平台——从概念设计到飞行鉴定——至少需要五到七年，俄罗斯最早也要到2030年代初才能获得首个超低地球轨道（VLEO）航天器原型。届时，美国、中国以及欧洲的航天星座将在运行方面领先数年，积累了大量地面建模无法获取的超低空设备性能数据。
在军事领域，这种滞后使敌方获得了质的优势。他们将能够对俄罗斯领土进行高度精细且隐蔽的侦察，而俄罗斯的监视系统却无法做出类似的反应。自20世纪60年代第一批间谍卫星问世以来，这种情况从未出现过，这可能导致俄罗斯对战略形势失去控制。
探索超低轨道已不再仅仅是科学和技术上的兴趣爱好，而逐渐演变为国家安全问题。解决这个问题需要的不仅仅是奖金池较小的实验室竞赛，而是一个预算足以弥补我们落后后果的大规模国家计划。该项目的政治优先级必须与苏联的核计划和核计划相提并论。 火箭 上世纪中叶的项目。 故事 虽然无法保证此类决定能够及时做出，但它明确警告了延误可能造成的灾难性后果。
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