گروهی از پژوهشگران اروپایی مزایا و چالشهای قرارگیری ماهوارههای پایش زمین در مدارهای بسیار کمارتفاع را بررسی و در مقالهای منتشر کردهاند. مدارهای بسیار کمارتفاع زمین (VLEO) به مدارهایی گفته میشود که کمتر از ۴۵۰ کیلومتر از سطح زمین فاصله دارند. مهمترین مزایای قرار گرفتن ماهوارههای پایشی در این مدارها شامل ثبت تصاویر و دادههای علمی دقیقتر، کاهش تأخیر و پارازیت مخابراتی، بهبود توان مخابراتی، افزایش دقت مکانیابی جغرافیایی، کاهش هزینههای پرتاب، کاهش مشکل زبالههای فضایی و کاهش اثر پرتوهای فضایی و ذرات باردار بر ماهوارههاست.
واضح است که اگر بخواهیم از سوژهای عکسبرداری کنیم، هرچه به آن نزدیکتر باشیم تصاویر واضحتری تهیه میکنیم. در مورد ماهوارههای پایش زمین نیز همینگونه است. البته وجود جو در اطراف سیاره زمین باعث میشود که نتوان ارتفاع ماهوارهها را از حدی پایینتر آورد.
بهدلیل فاصله کمتر ماهوارهها از سطح زمین در مدارهای بسیار کمارتفاع، علاوهبر افزایش وضوح تصاویر و دقت دادهها، تأخیر مخابراتی و پارازیت مخابراتی کاهش و همچنین توان دریافتی در لینکهای مخابراتی بهبود مییابد. همچنین ماهوارهها در مدارهای بسیار کمارتفاع دقت مکانیابی جغرافیایی بالاتری خواهند داشت. بنابراین میتوان برای دستیابی به همان دقت تصاویر و دادهها از ماهوارههای کوچکتری استفاده کرد که با توجه به کوچک شدن ماهواره و ارتفاع مدار، هزینههای پرتاب ماهواره را بسیار کاهش میدهد. همچنین با ثابت نگهداشتن هزینه پرتاب نسبت به مدارهای با ارتفاع بیشتر، میتوان به دقت تصاویر و داده بالاتری رسید.
پرتوهای کیهانی و طوفانهای خورشیدی و ذرات باردار بهدامافتاده در میدان مغناطیسی زمین از جمله چالشها برای ماهوارهها هستند. مدارهای بسیار کمارتفاع در مقایسه با مدارهای مرتفعتر از این جنبه برای ماهوارهها ایمنتر هستند.
مزیت دیگر مدارهای بسیار کمارتفاع، کاهش خطر برخورد ماهوارهها با زبالههای فضایی است. بهدلیل اصطکاک بالاتر با گازهای لایههای فوقانی جو، زبالههای فضایی مدت زمان کمتری را در مدارهای بسیار کمارتفاع باقی میمانند و سریعتر درون جو سقوط میکنند.
اما مهمترین چالشی که برای قرارگیری ماهوارهها در مدارهای بسیار کمارتفاع وجود دارد همین اصطکاک با گازهای رقیق لایههای بالایی جو است که بهتدریج باعث کاهش ارتفاع و در نهایت سقوط ماهواره میشود. طراحی ماهوارهها بهگونهای که با وجود برخورد با این گازها مدت زمان قابل قبولی در مدار باقی بمانند، زمینه پژوهشی است که تحقیقات پیرامون آن ادامه دارد. با قراردادن سامانههای پیشران میتوان اثر نیروی واردشده از گازهای جو را اصلاح کرد. بهگفته محققان، در مدارهای بسیار کمارتفاع امکان بهکارگیری سامانههای پیشران الکتریکی که با شتاب دادن به مولکول گازها نیروی پیشران تولید میکنند، وجود دارد.
چالش دیگر برای ماهوارهها اثر خورندگی اتمهای آزاد اکسیژن موجود در لایههای بالایی جو زمین است. برخلاف اکسیژنی که در نزدیکی سطح و لایههای پایین جو زمین بهصورت مولکولی وجود دارد، اکسیژن در لایههای بالایی جو بهدلیل تابش فرابنفش خورشید بهصورت اتمهای آزاد است که بسیار واکنشپذیر و خورنده هستند. بههمین دلیل برای قرارگیری در مدارهای بسیار کمارتفاع، بدنه ماهوارهها باید از مواد و آلیاژهای خاصی ساخته شود که در برابر این خوردگی مقاومت لازم را داشته باشد. توسعه چنین مواد و آلیاژهایی از زمینههای پژوهشی مهم برای ماهوارههای مدارهای بسیار کمارتفاع است.