A műholdak többségénél a légkör valami olyasmi, amitől minél gyorsabban meg kell szabadulni. A spanyol Kreios Space mérnökei viszont éppen azt tervezik, hogy a Föld felsőlégkörének maradványait használják fel egy műhold hajtóanyagaként. Ha a technológia működik, olyan pályatartomány válhat hosszú időre használhatóvá, ahol jelenleg egy műhold csak komoly hajtóanyag-fogyasztás árán képes megmaradni.
A Kreios Space augusztus elején jelentette be, hogy a világ első, kifejezetten műholdak számára fejlesztett „levegőt lélegző” elektromos hajtóművének világűrbeli kipróbálására készül. Az úgynevezett Air-Breathing Electric Propulsion, röviden ABEP rendszer nem viszi magával a működéséhez szükséges hagyományos hajtóanyagot: menet közben gyűjti össze a Föld rendkívül ritka felsőlégkörének részecskéit. A cél az úgynevezett VLEO, vagyis Very Low Earth Orbit, a nagyon alacsony Föld körüli pálya meghódítása. Ennek pontos határa nem teljesen egységes, de nagyjából a 100–400 kilométer közötti tartományt értik alatta. A Kreios saját rendszere elsősorban körülbelül 200 kilométeres magasságban történő tartós működést céloz.
Ez azért érdekes, mert 200 kilométer magasságban technikailag már az űrben járunk, a légkör azonban korántsem ért véget. Rendkívül ritka gáz található itt, de egy másodpercenként közel 8 kilométeres sebességgel haladó műhold számára még ez is jelentős közegellenállást okoz.
A hagyományos alacsony Föld körüli pályákon, például 500–600 kilométer magasságban a műholdak viszonylag hosszú ideig keringhetnek nagyobb pályakorrekciók nélkül. Ahogy azonban egyre lejjebb kerülünk, a légellenállás gyorsan növekszik. A műhold energiát veszít, pályája fokozatosan alacsonyabbá válik, ezzel még sűrűbb légrétegekbe kerül, ami tovább gyorsítja a süllyedést.
Egy 200 kilométer körüli pályán ezért folyamatos vagy nagyon gyakori hajtóműves korrekcióra lenne szükség. Hagyományos rendszerrel ehhez jelentős mennyiségű hajtóanyagot kellene magával vinnie a műholdnak, ami növeli a tömegét, a költségeket, és végül korlátozza az élettartamát.
A Kreios ötlete éppen ezt a problémát fordítja a saját javára: azt az atmoszférát használja hajtóanyagként, amely egyébként a műholdat lefékezné.
A rendszer elején egy speciális beömlőnyílás gyűjti össze a műhold mozgásával szemből érkező légköri részecskéket. Ezeket a hajtómű ionizálja, vagyis elektromosan töltött részecskéket tartalmazó plazmát hoz létre belőlük. A plazmát elektromágneses tér segítségével felgyorsítják és hátrafelé kilökik. A lendületmegmaradás törvénye alapján ennek ellenkező irányú reakcióereje előrefelé gyorsítja a műholdat. A Kreios rendszere Helicon Plasma Thruster technológiára épül.
Ez tehát elektromos hajtómű. Az energiát továbbra is elő kell állítani, például napelemekkel. A rendszer különlegessége nem az, hogy energia nélkül működik, hanem az, hogy elméletileg nincs szüksége hagyományos értelemben vett, tartályokban tárolt hajtóanyagra. A feladat azonban rendkívül nehéz. Kétszáz kilométer magasságban annyira ritka a légkör, hogy a hajtóműnek nagyon kevés részecskéből kell használható tolóerőt előállítania. Ráadásul az egész rendszernek több tolóerőt kell termelnie, mint amekkora fékezőerőt maga a légellenállás okoz. Ha a beömlőnyílás és a műhold kialakítása túl nagy légellenállást hoz létre, akkor hiába termel tolóerőt a hajtómű. Ezért a VLEO-műhold tervezése részben már hasonlít egy rendkívül ritka légkörben repülő jármű aerodinamikai problémájára. A Kreios ezért nem egyszerűen egy hajtóművet fejleszt: a műhold alakját, anyagait és szerkezetét is ehhez a környezethez optimalizálja.
Van egy másik komoly probléma is: az atomi oxigén. A nagyon alacsony Föld körüli pályákon jelentős mennyiségű rendkívül reakcióképes atomi oxigén található. A közel 8 km/s relatív sebességgel érkező részecskék hosszú idő alatt károsíthatják a műhold külső felületeit, bevonatait, polimereit és más anyagait. Egy 2026-ban publikált vizsgálat szerint VLEO-ban a műhold geometriája, orientációja és az alkalmazott anyagok döntően meghatározzák az atomi oxigén okozta erózió mértékét.
Felmerül a kérdés: miért akarunk egyáltalán ilyen alacsonyan műholdakat üzemeltetni? Az egyik legfontosabb előny a földmegfigyelés. Ha ugyanazt az optikai rendszert közelebb visszük a felszínhez, jobb térbeli felbontást érhetünk el, vagy ugyanazt a felbontást kisebb és könnyebb távcsővel is biztosíthatjuk. A Kreios szerint egy körülbelül 200 kilométeres pályán működő rendszer akár háromszor élesebb felvételeket is készíthet bizonyos magasabb pályás rendszerekhez képest, bár a tényleges javulás természetesen a kamera és a pálya paramétereitől is függ.
A telekommunikációnál szintén számít a távolság. Minél közelebb van a műhold a felhasználóhoz, annál kisebb a rádiójel útvesztesége és késleltetése. Ez különösen érdekes lehet a közvetlen műhold–mobiltelefon kommunikációnál, ahol a telefon kis antennája és korlátozott adóteljesítménye miatt minden kilométer számít.
A VLEO további előnye, hogy jelenleg sokkal kevésbé zsúfolt, mint a magasabb LEO-pályák. Miközben több száz kilométer magasságban már több ezer működő műhold kering, a nagyon alacsony tartományt a légellenállás miatt eddig nehéz volt tartósan használni. A környezetnek van egy érdekes biztonsági előnye is. Ha egy VLEO-műhold meghibásodik, és a hajtóműve leáll, a légellenállás viszonylag gyorsan csökkenti a pályamagasságát. A műhold végül belép a sűrűbb légkörbe és nagyrészt elég. Emiatt jóval kisebb annak az esélye, hogy egy működésképtelen eszköz évtizedekig vagy évszázadokig űrszemétként maradjon pályán.
A Kreios Space 2021-ben alakult, és az elmúlt években jelentős támogatást szerzett a technológia fejlesztésére. 2025-ben 8 millió eurós finanszírozási kört zárt, amelyet a NATO Innovation Fund és a JOIN Capital vezetett. A célok között már akkor szerepelt az ABEP rendszer első világűrbeli demonstrációja. A következő lépés most valóban a világűr.
A Kreios a litván Kongsberg NanoAvionics vállalatot választotta a demonstrációs műhold platformjának elkészítésére. A kísérlethez a NanoAvionics MP42 műholdbuszának módosított változatát használják, amelybe beépítik a Kreios ABEP rendszerét. A vállalatoknak többek között az energiaellátást, a hőháztartást, a műhold orientációját és magát a hajtóművet kell egyetlen működő rendszerbe integrálniuk. A mostani bejelentés még nem tartalmaz végleges indítási dátumot, a Kreios terveiben azonban 2027 szerepel az első világűrbeli demonstráció lehetséges időpontjaként.
A kísérlet kulcskérdése az lesz, hogy a rendszer képes-e valódi VLEO-környezetben elegendő légköri részecskét összegyűjteni, azokból stabil plazmát létrehozni, majd akkora folyamatos tolóerőt előállítani, amely legalább kiegyenlíti a légellenállást. Laboratóriumban ugyanis lehet modellezni a felsőlégkör ritka gázát, de egy több km/s sebességgel haladó műhold környezete jóval összetettebb. Ha ez sikerül, érdekes helyzet állhat elő: a légkör felső pereme a hajtórendszerük egyik erőforrása lesz. A műholdat ugyanazok a részecskék fékeznék, amelyeket összegyűjt, ionizál, majd nagy sebességgel hátralök azért, hogy pótolja az elveszített mozgási energiát. A napelemek biztosítanák ehhez az elektromos energiát, a Föld felsőlégköre pedig gyakorlatilag folyamatosan rendelkezésre álló hajtóanyagforrást.
Ha az ABEP hosszú távon is megbízhatóan működik, a jelenleg átmeneti zónának tekintett 150–300 kilométer körüli térség önálló műholdas pályatartománnyá válhat. Közelebb kerülnének hozzánk a földmegfigyelő kamerák és kommunikációs rendszerek, miközben egy meghibásodott műhold természetes módon gyorsan elhagyná a pályát.
