VLEO 超低轨道：贴着大气层飞行的卫星新赛道
9 月 13 日，浦江创新论坛的太空算力产业生态论坛上，中国工程院院士邬江兴给了一个很有分量的判断：超低轨道 VLEO 是地球空间最后一片战略新资源层，而 2026 年到 2030 年这五年，是他口中中国换道发展的关键窗口，错失机会，轨道、频谱资源和国际标准都会被别人抢先占据，中国将陷入被动跟跑。超低轨道最近曝光度确实在涨，但它到底是什么，凭什么被抬到“战略资源层”的高度，值得把物理账本和工程账本都翻出来看一遍。
VLEO 的全称是 Very Low Earth Orbit，即超低地球轨道，通常指运行高度在 200 到 350 公里的轨道空间，宽一点的口径会放到 100 到 450 公里。这个区间比国际空间站的 400 公里还要低，而 SpaceX 的星链主力星座部署在 550 公里附近，商业航天常说的 LEO 一般在 500 到 1200 公里。换句话说，VLEO 不是简单把 LEO 往下调一点，而是钻进了大气层的“门槛”里：在这个高度，空气已经稀薄到人眼无法察觉，却足以对时速两万八千公里的航天器施加实打实的拖拽力，物理环境和工程范式都和传统低轨完全不同。
离得近，是 VLEO 一切红利的源头。光学遥感器的分辨率在孔径一定的前提下与距离成正比，同样孔径下从 800 公里降到 250 公里，分辨率大约能提升 3 倍，美国 Albedo 公司甚至把目标定到了 10 厘米级。通信侧的账同样诱人，自由空间路径损耗与距离平方成正比，轨道高度每降低一半，路径损耗大约减少 6 dB，250 公里对比 750 公里的链路预算增益约 9.5 dB，单程传播时延可以压到 1 毫秒以内。这几项加在一起，恰好砸中了两个最烧钱的应用场景：普通手机不改装就能直连卫星的天地一体通信，以及看得清车牌和舷号的高分辨率对地观测。
便宜和干净是另外两重红利。轨道越低，发射入轨需要的能量越少；这个高度辐射环境温和，商用现货元器件就能扛住，卫星成本能砍掉一大截；更重要的是失效卫星和碎片会在大气拖拽下数月内再入烧毁，轨道具备自清洁能力，基本不存在凯斯勒综合征式的碎片级联风险。
| 对比项 | VLEO（约 250 公里） | 传统 LEO（550 至 1200 公里） |
|---|---|---|
| 光学分辨率 | 同孔径提升约 3 倍 | 基准水平 |
| 链路预算 | 对比 750 公里增益约 9.5 dB | 基准水平 |
| 单程时延 | 约 0.8 毫秒 | 数毫秒 |
| 大气拖拽 | 显著，需持续补偿 | 基本可忽略 |
| 无推进在轨寿命 | 数周至数月 | 数年至数十年 |
| 碎片处理 | 自然再入烧毁 | 需主动离轨 |
代价同样明晃晃地写在物理定律里。大气密度随高度下降呈指数增长，同一片天区里 300 公里高度的大气密度比 800 公里高出至少一到两个数量级，从 600 公里降到 300 公里密度要涨数千倍。卫星以每秒约 7.8 公里的速度迎风飞行，轨道越低密度越大，密度越大拖拽越狠，拖拽越狠掉得越快，这是一个正反馈的轨道死亡螺旋。没有推进系统持续补推的卫星，在这个高度的寿命以周和月计，再低一些甚至只剩几天。更麻烦的是大气密度还随太阳活动剧烈波动，预报误差足以让轨道维持计划失准。
原子氧是这个高度特有的隐形杀手。太阳紫外辐射把氧分子拆成单个氧原子，化学性质极其活泼，卫星以 7.8 公里每秒的速度撞上去，碰撞能量高达 4.5 到 5 电子伏特，足以打断聚酰亚胺这类常用聚合物的化学键，太阳能板和热控涂层会被慢慢啃掉。对应的对策是 POSS 改性自钝化聚合物，被侵蚀时原位生成一层玻璃态二氧化硅保护膜，腐蚀率只有传统材料的百分之一左右。除此之外还有空气动力加热和气动力矩两桩麻烦：迎风面冷热交变剧烈，压力中心与质心不重合产生的干扰力矩远超其他摄动源，稍有不慎就会让动量轮饱和、姿态失稳。
让 VLEO 从纸面走向工程的关键，是这一整套使能技术的拼图。高比冲霍尔电推进比化学推进高出一个量级，可以常年以毫牛级推力对抗大气拖拽，欧洲空间局的 GOCE 卫星靠这套“无拖曳”技术在 255 公里高度飞了四年多，箭头形的流线构型还得了个“太空法拉利”的外号。更激进的路线是吸气式电推进，直接捕获轨道上的稀薄大气分子电离加速当工质用，理论上永不携带燃料、永不耗尽，被视作这个领域的圣杯。低阻气动外形、耐原子氧涂层、鲁棒姿态控制算法和环路热管，则是把整套系统拼起来的边角料，缺一块都飞不长。
这条赛道的资历其实比想象中老。上世纪六七十年代美国的 CORONA 胶片侦察卫星近地点就压到了 160 公里上下，2017 年日本 JAXA 的超低轨技术试验卫星 SLATS 更是创下在 167.4 公里高度运行七天的吉尼斯世界纪录。真正的转折发生在最近两三年：电推进小型化成熟，商业资本进场，VLEO 从国家队的试验田变成了商业航天的热土。
海外动作最快的是 SpaceX。它的第二代手机直连星链卫星部署在 330 到 350 公里高度，已经发射数百颗，并且向美国 FCC 申报了多达 15000 颗的超低轨卫星，普通人手里的手机不用任何改装就能直接连星。成像侧的 Albedo 在 2025 年 3 月发射了验证星，瞄准 10 厘米分辨率商业影像；欧洲的 Univity 拿到 2700 万欧元融资，专做超低轨 5G 连接；咨询机构预测到 2027 年，全球 VLEO 投资规模将达到 2200 亿美元。
国内的节奏也在提速。“乾坤一号”2023 年 7 月发射，是中国首颗超低轨技术试验卫星，也是国际上第一个长期应用霍尔电推进的超低轨卫星；航天科工规划了 300 颗卫星的超低轨通遥一体星座，“天津双超星座”计划 2027 年发射首批 8 颗、2030 年建成 48 颗全球网络，分辨率直接对标 Albedo；复旦大学也在 2026 年加入极低轨卫星技术研究。邬江兴强调的五年窗口期，指的就是这套从技术试验到规模化应用的跨越必须在 2030 年前走完，晚了，轨道位置、频谱资源和国际标准的话语权都会被先到者锁定。
轨道资源这件事，历史上一直是先占先得。卫星轨道和频谱要向国际电信联盟申报协调，谁先把星座建起来，谁就掌握规则制定权。按业内预测，到 2035 年全球低轨卫星将超过 10 万颗，其中 VLEO 会占到 2 万颗以上。换句话说，这五六年里能不能把电推进、耐原子氧材料和低阻气动设计这一整套技术账算平，把成本压到规模化部署的水平，基本决定了未来几十年这条“最后战略资源层”里的话语权归属。