在地球上方约150至300公里（93至186英里）的这片天空区域，大气既是敌人，也是答案。若不加以控制，这里的空气密度足以在数周内把任何卫星拖坠下来，正因如此，几乎没有人在这片空域运行航天器。但同样稀薄的空气也可以成为燃料：一种将大气分子收集起来并以高速喷射出去的发动机，能让航天器无需任何推进剂储箱即可无限期地维持在该高度。西班牙初创公司Kreios Space于8月4日宣布，它正在建造首颗专为此设计的卫星。
这一名为”吸气式电推进”的概念已在地面真空舱中测试了近十年，但迄今还没有人在轨道上实际飞行过它。总部位于西班牙西北部尼格兰的Kreios计划与立陶宛卫星平台制造商Kongsberg NanoAvionics合作，成为第一个做到这一点的公司。该任务尚无确定的发射日期。公司把2027年列为一个暂定目标，而SpaceNews报道的是2028年，但技术方案是具体的：一颗约200千克的微型卫星，采用NanoAvionics的MP42平台，搭载由被动式进气口供气的螺旋波等离子体推进器，飞行高度在约150至300公里之间。
如何在太空中呼吸
在这些高度，轨道速度约为每秒7.8公里（每小时17400英里），航天器会迎面撞上残存的大气气体，其主要成分是氮分子和氧分子，而在约160公里以上，原子氧占主导地位。卫星迎风面上装有一个勺形进气口，它无需阀门或活动部件，就能捕获部分这类分子，并将其导入推进器的通道。在那里，螺旋波天线发出的射频功率使气体电离，电磁场再将由此产生的等离子体以远高于进入时的速度向后加速喷出。
喷流速度超过轨道速度，因此尽管推进器所推的气体恰恰来自造成阻力的介质本身，它仍能产生净推力。动力来自太阳能电池板。推进剂免费、取之不尽，而且沿轨道无处不在。卫星每一秒都在为自己补充燃料，只要硬件还能运转。
核心挑战在于，大气推进剂不如电推进通常使用的惰性气体。氙气容易高效电离，而氮和氧更难电离，能量还会在转动和振动激发中白白损耗。地面测量显示，一台以氮气运行的同类推进器可产生约5.7毫牛顿的推力，阳极效率为5.4%，而以氙气运行时推力为12.6毫牛顿，效率为26.3%。吸气式发动机必须克服这一劣势，再加上进气口本身的阻力，并且仍然要比直接携带燃料更具优势。
十年的地面积累
这一领域的概念验证来自欧洲空间局（ESA）和意大利制造商SITAEL。2018年3月，ESA宣布在模拟200公里高度条件的真空舱内实现了世界上首次吸气式电推进器点火：一台配备波兰制造进气口的双级霍尔效应推进器先以氙气点火，再以氮氧混合气点火，最后仅以大气推进剂点火。随着气体改变，工程师们看到羽流由蓝色变为紫色，这从视觉上证实了发动机能够以空气为燃料运行。RAM-EP系统达到了技术就绪等级4，即在实验室中得到验证，但尚未在太空中验证。此前的ESA卫星GOCE在约250公里高度飞行了四年，不得不携带40千克（88磅）氙气，并因此受到限制，而吸气式的后继者将不会面临这一约束。
Kreios由首席执行官Adrián Senar与五位来自加泰罗尼亚理工学院的航天工程同窗于2021年创立。公司已先后开发了三代推进器，即K-1、K-2和K-3，并对进气口和发动机进行了真空测试，2025年还完成了800万欧元（约合920万美元）的种子轮融资。
最低轨道为何值得一争
超低地球轨道提供着其他任何高度都无法提供的优势。随着观测点降低，成像分辨率得以提高：离地面越近，就能用更小、更便宜的光学器件拍出更清晰的图像，对地观测的分辨细节有望低至约10厘米。通信单程延迟可降至10毫秒以下，而地球静止轨道约为300毫秒。辐射暴露量比更高轨道低50%至80%，这对电子设备以及未来任何载人基础设施都很重要。此外，卫星寿命结束时，大气阻力会在数月内将其拖离轨道，从而解决困扰更高轨道的碎片问题。
Kreios称，一旦推进剂质量从发射预算中消失，在这些高度持续运行的成本可与在500公里高度运行大致相当。其演示卫星还将搭载商业载荷，获取亚米分辨率的可见光与近红外影像。
悬而未决的问题
目前还没有任何吸气式推进器在太空中运行过，从真空舱到轨道现实的这一步跨度很大。150至300公里高度的大气并非恒定不变：密度随太阳活动、一天中的时刻以及纬度而变化，因此进气口必须应对不断变化的燃料供给。原子氧在这一高度带的高端占据主导地位，对航天器材料腐蚀性很强。而包括进气口、推进器、电源和姿态控制在内的整个系统，必须在真实飞行条件下作为一个整体协同工作。
竞争者环伺：两颗中国的实验卫星已经在300公里以下运行，其他开发者，包括美国的Viridian Space、ESA自身的推进实验室和印度的Orbitt Space，也都在推进吸气式方案。因此，谁才是先行者，取决于时机和定义。没有争议的是其中的价值：一套将天空本身变成燃料的推进系统，以及随之而来的对一个高度区的永久进入权，而迄今为止，这一高度区只是卫星在坠落途中匆匆路过的地方。
婷 翻译
来源：
- Space.com, “Exploring very low Earth orbit: The world’s 1st air-breathing satellite thruster could soon get a test run” (Aug 9, 2026): https://www.space.com/space-exploration/satellites/exploring-very-low-earth-orbit-the-worlds-1st-air-breathing-satellite-thruster-could-soon-get-a-test-run
- SpaceNews, “Kreios Space to fly VLEO demonstration in NanoAvionics bus” (Aug 4, 2026): https://spacenews.com/kreios-space-to-fly-vleo-demonstration-in-nanoavionics-bus/
- ESA, “World-first firing of air-breathing electric thruster” (2018): https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/World-first_firing_of_air-breathing_electric_thruster
- SITAEL, RAM-EP system test results: https://www.sitael.com/sitael-space-has-successfully-tested-ram-ep-system/
- Aviation Week, “Kreios Space plans air-breathing electric propulsion demo” (Aug 4, 2026): https://aviationweek.com/space/commercial-space/kreios-space-plans-air-breathing-electric-propulsion-demo
- CORDIS (EU), “New orbits are on the horizon with air-breathing engines”: https://cordis.europa.eu/article/id/451370-new-orbits-are-on-the-horizon-with-air-breathing-engines