KAJ JE NIZKA ZEMELJSKA ORBITA?

Send

Začetek v petdesetih letih 20. stoletja s programi Sputnik, Vostok in Živo srebro je človeško bitje začelo »zdrsniti nadzemne vezi Zemlje«. Nekaj časa so bile vse naše misije tiste, ki so znane kot Nizkozemna orbita (LEO). Sčasoma z misijami Apollo in misijami v vesolje, ki vključujejo robotsko vesoljsko plovilo (kot Voyager misije) smo se lotili onkraj, dosegli Luno in druge planete Osončja.

A na splošno je velika večina misij v vesolje v teh letih - pa naj bodo posadke ali odvezane - bila v orbito z nizko zemljo. Tu prebiva ogromna Zemljina komunikacija, navigacija in vojaški sateliti. Tukaj vodi svoje delovanje Mednarodna vesoljska postaja (ISS), kamor danes odhaja večina misij posadke. Torej, kaj je LEO in zakaj smo tako namenjeni pošiljanju stvari tja?

Opredelitev:

Tehnično so predmeti v orbiti nizke Zemlje na nadmorski višini od 160 do 2.000 km (99 do 1200 milj) nad Zemljino površino. Vsak predmet pod to višino bo orbitalno razpadel in se bo hitro spustil v ozračje, bodisi se bo zgorel ali zrušil na površino. Predmeti na tej nadmorski višini imajo tudi orbitalno obdobje (tj. Čas, ki jih bo potreboval, da enkrat krožijo po Zemlji) med 88 in 127 minut.

Predmeti, ki so v orbiti nizke Zemlje, so izpostavljeni atmosferskemu povleku, saj so še vedno v zgornjih plasteh Zemljine atmosfere - natančneje v termosferi (80 - 500 km; 50 - 310 milj), tam paupavzi (500–1000 km; 310– 620 milj) in eksosfera (1000 km; 620 milj in več). Višja kot je orbita predmeta, manjša je gostota 1atmosfere in povlecite.

Toda čez 1000 km (620 milj) bodo predmeti podvrženi Zemljinim sevalnim pasom Van Allen - coni nabitih delcev, ki se razteza na 60.000 km od Zemljinega površja. V teh pasovih so sončni veter in kozmični žarki ujeli z Zemljinim magnetnim poljem, kar vodi do različnih stopenj sevanja. Zato se misije v LEO usmerjajo v odnose med 160 in 1000 km (99 do 620 milj).

Značilnosti:

V termosferi, termopavzi in eksosferi se atmosferske razmere razlikujejo. Na primer, spodnji del termosfere (od 80 do 550 kilometrov; 50 do 342 milj) vsebuje ionosfero, ki je tako imenovana, ker se tu v atmosferi delci ionizirajo s sončnim sevanjem. Posledično mora vsako vesoljsko plovilo, ki kroži v tem delu atmosfere, prenesti raven ultravijoličnega in trdega ionskega sevanja.

Temperature v tej regiji se zvišujejo tudi z višino, kar je posledica izjemno nizke gostote njegovih molekul. Medtem ko se lahko temperature v termosferi dvignejo tudi do 1500 ° C (2700 ° F), razmik molekul plina pomeni, da se človeku, ki je v neposrednem stiku z zrakom, ne bi počutilo vroče. Prav na tej nadmorski višini je znano, da se odvijata pojava, imenovana Aurora Borealis in Aurara Australis.

Eksosfera, ki je najbolj zunanja plast Zemljine atmosfere, se razprostira od zunanje baze in se združi s praznino vesolja, kjer ni atmosfere. Ta plast je sestavljena predvsem iz izjemno nizkih gostot vodika, helija in več težjih molekul, vključno z dušikom, kisikom in ogljikovim dioksidom (ki so bližje eksobazi).

Če želite vzdrževati orbito z nizko zemljo, mora imeti objekt zadostno orbitalno hitrost. Za predmete na nadmorski višini 150 km in več je treba vzdrževati orbitalno hitrost 7,8 km (4,84 milje) na sekundo (28,130 km / h; 17,480 mph). To je nekoliko manj od hitrosti pobega, potrebne za vstop v orbito, ki znaša 11,3 kilometra na sekundo (40,680 km / h; 25277 mph).

Kljub dejstvu, da vlečna teža v LEO ni bistveno manjša kot na Zemljini površini (približno 90%), so ljudje in predmeti v orbiti v stalnem stanju propada, kar ustvarja občutek breztežnosti.

Uporaba LEO:

V tej zgodovini raziskovanja vesolja je bila velika večina človeških misij v nizki zemeljski orbiti. Mednarodna vesoljska postaja kroži tudi v LEO, na nadmorski višini 320 do 380 km (200 in 240 milj). In LEO je tam, kjer je večina umetnih satelitov nameščena in vzdrževana. Razlogi za to so precej preprosti.

Na primer, za namestitev raket in vesoljskih šatlov na nadmorske višine nad 1000 km bi bilo potrebno bistveno več goriva. In znotraj LEO, komunikacijski in navigacijski sateliti ter vesoljske misije doživljajo veliko pasovno širino in nizko časovno zaostajanje (aka. Latency).

Za opazovanje Zemlje in vohunske satelite je LEO še vedno dovolj nizek, da lahko dobro pogleda površje Zemlje in razreši velike predmete in vremenske vzorce na površini. Nadmorska višina omogoča tudi hitra orbitalna obdobja (nekaj več kot eno uro do dve uri), kar jim omogoča, da si lahko v enem dnevu večkrat ogledajo isto območje na površini.

In seveda, na višini med 160 in 1000 km od Zemljinega površja predmeti niso izpostavljeni intenzivnemu sevanju pasov Van Allen. Skratka, LEO je najpreprostejša, najcenejša in najvarnejša lokacija za uvajanje satelitov, vesoljskih postaj in vesoljskih misij.

Težave z vesoljskimi naplavinami:

Zaradi svoje priljubljenosti kot destinacij za satelite in vesoljske misije ter s povečevanjem vesoljskih izstrelij v zadnjih nekaj desetletjih je LEO tudi vedno bolj zastopan s vesoljskimi naplavinami. To je v obliki zavrženih raketnih stopenj, nedelujočih satelitov in naplavin, ki nastanejo ob trkih med velikimi kosi naplavin.

Obstoj tega drobirskega polja v LEO v zadnjih letih povzroča vedno večjo zaskrbljenost, saj so lahko trki pri velikih hitrostih katastrofalni za vesoljske misije. In z vsakim trčenjem nastajajo dodatni naplavin, ki ustvarjajo uničevalni cikel, znan kot Kesslerjev učinek - ki je dobil ime po NASA-jevem znanstveniku Donaldu J. Kesslerju, ki ga je prvič predlagal leta 1978.

Leta 2013 je NASA ocenila, da je lahko kar 21.000 bitov smeti, večjih od 10 cm, 500.000 delcev med 1 in 10 cm in več kot 100 milijonov manjših od 1 cm. Zato so bili v zadnjih desetletjih sprejeti številni ukrepi za spremljanje, preprečevanje in ublažitev vesoljskih naplavin in trčenj.

Na primer, leta 1995 je NASA postala prva vesoljska agencija na svetu, ki je izdala nabor celovitih smernic o tem, kako blažiti orbitalne naplavine. Leta 1997 se je ameriška vlada odzvala z razvojem standardnih praks za zmanjšanje orbitalnih naplavin, ki temeljijo na NASA-jevih smernicah.

NASA je ustanovila tudi programski urad za orbitalne naplavine, ki usklajuje z drugimi zveznimi oddelki za spremljanje vesoljskih naplavin in reševanje motenj, ki jih povzročijo trki. Poleg tega ameriška vesoljska nadzorna mreža trenutno spremlja približno 8000 objektov v orbiti, ki veljajo za nevarnosti trčenja, in zagotavlja neprekinjen pretok podatkov iz orbite po različnih agencijah.

Urad za vesoljske odpadke Evropske vesoljske agencije (ESA) vzdržuje tudi bazo podatkov in informacijski sistem za karakterizacijo predmetov v vesolju (DISCOS), ki vsebuje podatke o podrobnostih o izstrelitvi, orbitalnih zgodovinah, fizičnih lastnostih in opisih misij za vse predmete, ki jih trenutno spremlja ESA. Ta baza podatkov je mednarodno priznana in jo uporablja skoraj 40 agencij, organizacij in podjetij po vsem svetu.

Nizkozemna orbita je že več kot 70 let igrišče človeških vesoljskih zmogljivosti. Občasno smo se podali onstran igrišča in dlje v osončje (in še dlje). V prihodnjih desetletjih se bo v LEO pričakovalo veliko več dejavnosti, ki vključuje namestitev več satelitov, kubičev, nadaljevanje operacij na ISS in celo vesoljski turizem.

Ni treba posebej poudarjati, da bo za povečanje aktivnosti potrebno storiti nekaj za vsakršno smeti, ki prežemajo vesoljske poti. Z več vesoljskimi agencijami, zasebnimi vesoljskimi podjetji in drugimi udeleženci, ki želijo izkoristiti LEO, bo treba opraviti resno čiščenje. Zagotovo bo treba razviti nekaj dodatnih protokolov, da bo ostal čist.

Tu smo napisali veliko zanimivih člankov o kroženju Zemlje v vesoljski reviji. Tukaj je kakšna je orbita Zemlje? Kako visoka je vesolja? Koliko satelitov je v vesolju? Severno in južno svetloba - Kaj je Aurora? in Kaj je mednarodna vesoljska postaja?

Če želite več informacij na nizki zemeljski orbiti, si oglejte vrste orbite na spletnem mestu Evropske vesoljske agencije. Tu je tudi povezava do Nasinega članka o Nizki zemeljski orbiti.

Posneli smo tudi celo epizodo Astronomy Cast o tem, kako priti okoli osončja. Poslušajte tukaj, Epizoda 84: Sprehod po osončju.

Viri: