КАКВО Е НИСКОЗЕМНА ОРБИТА?

Send

Започвайки през 50-те години с програмите „Спутник“, „Восток“ и „Меркурий“, човешките същества започват да „подхлъзват нелеките връзки на Земята“. И за известно време всички наши мисии бяха онова, което е известно като орбита с ниска земя (LEO). С течение на времето с мисиите Аполон и дълбоките космически мисии, включващи роботизирани космически кораби (като Вояджърски мисии), ние започнахме да се осмеляваме отвъд, достигайки Луната и други планети на Слънчевата система.

Но като цяло, по-голямата част от мисиите в космоса през годините - независимо дали са били екипажи или отвързани - са били на орбита с ниска земя. Тук се намира огромният масив от комуникации, навигация и военни спътници на Земята. И именно тук Международната космическа станция (МКС) провежда своите операции, където и днес отиват по-голямата част от мисиите на екипажите. И така, какво е LEO и защо сме толкова намерени да изпращаме нещата там?

Определение:

Технически обектите в нискоземна орбита са на височина между 160 и 2000 км (99 до 1200 мили) над земната повърхност. Всеки обект под тази надморска височина ще страда от орбитален разпад и бързо ще се спусне в атмосферата, или изгаряне, или сриване на повърхността. Обектите на тази надморска височина също имат орбитален период (т.е. времето, което ще им отнеме да обикалят около Земята веднъж) между 88 и 127 минути.

Обектите, които се намират в нискоземна орбита, са обект на атмосферно влачене, тъй като те все още са в горните слоеве на земната атмосфера - по-специално термосферата (80 - 500 км; 50 - 310 мили), термопаузата (500–1000 км; 310– 620 мили) и екзосферата (1000 км; 620 мили и по-нататък). Колкото по-висока е орбитата на обекта, толкова по-малка е плътността на 1атмосферата и влаченето.

Въпреки това, отвъд 1000 км (620 мили), обектите ще бъдат подчинени на радиационните пояси на Ван Алън - зона на заредени частици, която се простира на разстояние от 60 000 км от земната повърхност. В тези пояси слънчевият вятър и космическите лъчи са хванати от магнитното поле на Земята, което води до различни нива на радиация. Следователно защо мисиите към LEO целят нагласи между 160 до 1000 км (99 до 620 мили).

Характеристики:

В рамките на термосферата, термопаузата и екзосферата атмосферните условия варират. Например, долната част на термосферата (от 80 до 550 километра; 50 до 342 мили) съдържа йоносферата, която е така наречена, тъй като именно тук в атмосферата частиците се йонизират от слънчевата радиация. В резултат на това всеки космически кораб, орбитиращ в тази част на атмосферата, трябва да може да издържа на нивата на UV и твърдо йонно лъчение.

Температурите в този регион също се увеличават с височината, което се дължи на изключително ниската плътност на неговите молекули. И така, докато температурите в термосферата могат да се повишат до 1500 ° C (2700 ° F), разстоянието на газовите молекули означава, че не би се чувствало горещо за човек, който е в пряк контакт с въздуха. Именно на тази надморска височина са известни явленията, известни като Aurora Borealis и Aurara Australis.

Екзосферата, която е най-външният слой на земната атмосфера, се простира от екзобазата и се слива с празнотата на космическото пространство, където няма атмосфера. Този слой се състои главно от изключително ниска плътност на водород, хелий и няколко по-тежки молекули, включително азот, кислород и въглероден диоксид (които са по-близо до екзобазата).

За да поддържа нискоземна орбита, обектът трябва да има достатъчна орбитална скорост. За обекти с надморска височина от 150 км и повече трябва да се поддържа орбитална скорост от 7,8 км (4,84 мили) в секунда (28,130 км / ч; 17,480 мили / ч). Това е малко по-малко от скоростта на бягство, необходима за влизане в орбита, която е 11,3 километра (7 мили) в секунда (40 680 км / ч; 25277 мили / ч).

Въпреки факта, че теглото на гравитацията в LEO не е значително по-малко, отколкото на повърхността на Земята (приблизително 90%), хората и обектите в орбита са в постоянно състояние на свободно падане, което създава усещането за безтегловност.

Употреба на LEO:

В тази история на космическите проучвания огромната част от човешките мисии са били на ниска земна орбита. Международната космическа станция също орбитира в LEO, между надморска височина от 320 до 380 км (200 и 240 мили). И LEO е мястото, където по-голямата част от изкуствените спътници са разположени и поддържани. Причините за това са доста прости.

От една страна, разполагането на ракети и космически совалки до височина над 1000 км (610 мили) ще изисква значително повече гориво. И в рамките на LEO, комуникационните и навигационните спътници, както и космическите мисии, изпитват висока честотна лента и ниско забавяне във времето за комуникация (известна още като латентност).

Що се отнася до наблюдението на Земята и шпионските спътници, LEO е все още достатъчно нисък, за да разгледа добре повърхността на Земята и да разреши големи обекти и метеорологични модели на повърхността. Надморската височина също позволява бързи орбитални периоди (малко повече от един час до два часа), което им позволява да могат да виждат един и същ регион на повърхността многократно за един ден.

И разбира се, на височина между 160 и 1000 км от земната повърхност обектите не са подложени на интензивно излъчване на поясите на Ван Алън. Накратко, LEO е най-простото, най-евтиното и безопасно място за разполагане на спътници, космически станции и космически мисии на екипажа.

Проблеми с космическите отломки:

Поради популярността си като дестинации за спътници и космически мисии и с увеличаването на космическите изстрелвания през последните няколко десетилетия, LEO също става все по-задръстена с космически отломки. Това става под формата на изхвърлени ракетни степени, не функциониращи спътници и отломки, създадени от сблъсъци между големи парчета отломки.

Съществуването на това поле за отпадъци в LEO доведе до нарастваща загриженост през последните години, тъй като сблъсъците с високи скорости могат да бъдат катастрофални за космическите мисии. И при всеки сблъсък се създават допълнителни отломки, създаващи разрушителен цикъл, известен като ефекта на Кесслер - който е кръстен на учения от НАСА Доналд Джес Кеслър, който го предложи за първи път през 1978 г.

През 2013 г. НАСА изчисли, че може да има до 21 000 бита боклуци, по-големи от 10 см, 500 000 частици между 1 и 10 см и повече от 100 милиона по-малки от 1 см. В резултат на това през последните десетилетия бяха предприети многобройни мерки за наблюдение, предотвратяване и смекчаване на космическите отпадъци и сблъсъци.

Например, през 1995 г. НАСА стана първата космическа агенция в света, която издаде набор от изчерпателни насоки как да смекчи орбиталните отломки. През 1997 г. правителството на САЩ реагира чрез разработване на стандартните практики за смекчаване на остатъците от орбитални отпадъци, базирани на насоките на НАСА.

НАСА също създаде Програмата за офис на орбиталните отломки, която координира с други федерални отдели за наблюдение на космическите отпадъци и справяне с нарушения, причинени от сблъсъци. В допълнение, американската мрежа за космическо наблюдение понастоящем наблюдава около 8000 орбитни обекта, които се считат за опасност от сблъсък, и осигурява непрекъснат поток от орбита данни към различни агенции.

Службата за космически отломки на Европейската космическа агенция също поддържа базата данни и информационната система, характеризиращи обекти в космоса (DISCOS), която предоставя информация за подробности за изстрелване, орбитални истории, физически свойства и описания на мисиите за всички обекти, които в момента се проследяват от ESA. Тази база данни е международно призната и се използва от почти 40 агенции, организации и компании по целия свят.

Повече от 70 години нискоземната орбита е площадка на човешкото космическо пространство. Понякога сме тръгнали отвъд площадката и по-далеч в Слънчевата система (и дори отвъд нея). В следващите десетилетия се очаква да се извърши много повече активност в LEO, която включва разполагането на повече спътници, кубитати, продължителни операции на борда на МКС и дори аерокосмически туризъм.

Излишно е да казвам, че това увеличаване на активността ще изисква да направим нещо за всички боклуци, проникващи в космическите платна. С повече космически агенции, частни космически компании и други участници, които искат да се възползват от LEO, ще трябва да се извърши сериозно почистване. И някои допълнителни протоколи със сигурност ще трябва да бъдат разработени, за да се гарантира, че той остава чист.

Написахме много интересни статии за орбита на Земята тук в Space Magazine. Ето каква е орбитата на Земята? Колко висока е Космоса? Колко сателита са в Космоса? Северното и Южното сияние - Какво е Аврора? и Какво е Международната космическа станция?

Ако искате повече информация на ниска земна орбита, разгледайте видовете орбита от уебсайта на Европейската космическа агенция. Също така, ето линк към статията на НАСА за ниската земна орбита.

Записахме и цял епизод от Астрономията в ролите, свързан със заобикалянето на слънчевата система. Слушайте тук, Епизод 84: Отиване на слънчевата система.

Източници: