CO JE TO NíZKá ORBITA ZEMĚ?

Send

Počínaje padesátými léty programy Sputnik, Vostok a Merkur začali lidské bytosti „proklouznout surové pouta Země“. A na nějakou dobu byly všechny naše mise známé jako Low-Earth Orbit (LEO). Postupem času se mise Apollo a vesmírné mise týkaly robotických kosmických lodí (jako je Mise Voyager), začali jsme se pustit za hranice, dosáhli Měsíce a dalších planet Sluneční soustavy.

Ale z velké části byla převážná většina misí do vesmíru v průběhu let - ať už s posádkou nebo bez posádky - na orbitu Low-Earth. Právě zde sídlí obrovské množství komunikačních, navigačních a vojenských satelitů Země. A právě zde provádí svoji činnost Mezinárodní kosmická stanice (ISS), což je také místo, kam dnes jde většina misí s posádkou. Co je tedy LEO a proč se tak snažíme zasílat věci tam?

Definice:

Technicky jsou objekty na oběžné dráze Země nižší v nadmořské výšce od 160 do 2000 km (99 až 1200 mi). Jakýkoli předmět pod touto nadmořskou výškou bude trpět orbitálním rozpadem a rychle sestoupí do atmosféry, buď shoří nebo narazí na povrch. Objekty v této nadmořské výšce mají také orbitální období (tj. Čas, který jim zabere jednou orbitu Země) mezi 88 a 127 minutami.

Předměty, které jsou na oběžné dráze Země, jsou vystaveny atmosférickému odporu, protože jsou stále v horní vrstvě zemské atmosféry - konkrétně termosféry (80 - 500 km; 50 - 310 mi), theremopause (500–1000 km; 310– 620 mil) a exosféru (1 000 km; 620 mil a více). Čím vyšší je orbita objektu, tím nižší je hustota 1atmosféry a tažení.

Avšak po 1 000 km (620 mil) budou objekty vystaveny pozemským Van Allenovým radiačním pásům - zóně nabitých částic, která sahá až do vzdálenosti 60 000 km od zemského povrchu. V těchto pásech byl sluneční vítr a kosmické paprsky zachycen zemským magnetickým polem, což vedlo k různým úrovním záření. Proto jsou mise zaměřené na LEO zaměřeny na postoje mezi 160 a 1000 km (99 až 620 mil).

Vlastnosti:

V termosféře, termopauze a exosféře se atmosférické podmínky liší. Například spodní část termosféry (od 80 do 550 kilometrů; 50 až 342 mil) obsahuje ionosféru, která je tak pojmenována, protože právě v atmosféře jsou částice ionizovány slunečním zářením. V důsledku toho musí být každá kosmická loď obíhající v této části atmosféry schopna odolat úrovni UV záření a záření iontů tvrdých iontů.

Teploty v této oblasti také rostou s výškou, což je způsobeno extrémně nízkou hustotou jejích molekul. Takže zatímco teploty v termosféře mohou stoupnout až na 1500 ° C (2700 ° F), rozestup molekul plynu znamená, že by se člověk necítil horký pro člověka, který byl v přímém kontaktu se vzduchem. V této výšce se také odehrávají jevy známé jako Aurora Borealis a Aurara Australis.

Exosféra, která je nejvzdálenější vrstvou zemské atmosféry, sahá od exobáze a spojuje se s prázdnotou vesmíru, kde není atmosféra. Tato vrstva je složena hlavně z extrémně nízkých hustot vodíku, helia a několika těžších molekul včetně dusíku, kyslíku a oxidu uhličitého (které jsou blíže exobáze).

Aby mohl objekt udržovat orbitu nízké Země, musí mít dostatečnou orbitální rychlost. U předmětů v nadmořské výšce 150 km a více musí být udržována orbitální rychlost 7,8 km (4,84 mil) za sekundu (28 130 km / h; 17 480 km / h). To je o něco méně než úniková rychlost potřebná k dosažení oběžné dráhy, což je 11,3 km (7 mil) za sekundu (40 680 km / h; 25277 mph).

Navzdory skutečnosti, že tah gravitace v LEO není výrazně menší než na povrchu Země (přibližně 90%), lidé a předměty na oběžné dráze jsou ve stálém stavu volného pádu, což vytváří pocit beztíže.

Použití LEO:

V této historii průzkumu vesmíru byla velká většina lidských misí na orbitě Země. Mezinárodní kosmická stanice obíhá také v LEO, mezi nadmořskou výškou 320 a 380 km (200 a 240 mil). A LEO je místo, kde je většina umělých satelitů rozmístěna a udržována. Důvody jsou poměrně jednoduché.

Zaprvé by rozmístění raket a kosmických raket do výšek nad 1000 km (610 mil) vyžadovalo výrazně více paliva. A v rámci LEO mají komunikační a navigační satelity, stejně jako kosmické mise, velkou šířku pásma a nízké zpoždění v komunikaci (aka. Latence).

Pro pozorování Země a špionážní satelity je LEO stále dostatečně nízký, aby se dobře podíval na povrch Země a vyřešil na něm velké objekty a vzorce počasí. Nadmořská výška také umožňuje rychlé orbitální periody (trochu přes jednu hodinu až dvě hodiny), což jim umožňuje, aby mohli vidět stejnou oblast na povrchu několikrát za jediný den.

A samozřejmě, ve výškách mezi 160 a 1000 km od zemského povrchu nejsou objekty vystaveny intenzivnímu záření Van Allenových pásů. Stručně řečeno, LEO je nejjednodušší, nejlevnější a nejbezpečnější místo pro rozmístění satelitů, vesmírných stanic a vesmírných misí s posádkou.

Problémy s vesmírnou troškou:

Díky své popularitě jako destinací pro satelity a kosmické mise a díky nárůstu počtu vesmírných lodí v posledních několika desetiletích je LEO stále častěji zahlceno vesmírnými troskami. Toto má podobu vyřazených raketových stádií, nefunkčních satelitů a trosek vytvořených srážkami mezi velkými kousky trosek.

Existence tohoto pole suti v LEO vedla v posledních letech k rostoucímu znepokojení, protože střety při vysokých rychlostech mohou být pro vesmírné mise katastrofické. A při každé kolizi vznikají další trosky, které vytvářejí destruktivní cyklus známý jako Kesslerův efekt - který je pojmenován podle vědce NASA Donalda J. Kesslera, který jej poprvé navrhl v roce 1978.

V roce 2013 NASA odhadla, že může být až 21 000 kousků nevyžádané větší než 10 cm, 500 000 částic mezi 1 a 10 cm a více než 100 milionů menších než 1 cm. V důsledku toho byla v posledních desetiletích přijata četná opatření ke sledování, prevenci a zmírnění vesmírných zbytků a srážek.

Například v roce 1995 se NASA stala první vesmírnou agenturou na světě, která vydala soubor komplexních pokynů, jak zmírnit orbitální trosky. V roce 1997 americká vláda odpověděla vypracováním standardních postupů pro zmírnění orbitálního znečišťování na základě pokynů NASA.

NASA také zřídila programovou kancelář Orbital Debris, která koordinuje s ostatními federálními odděleními sledování vesmírných zbytků a řešení problémů způsobených kolizemi. Navíc americká kosmická sledovací síť v současné době monitoruje přibližně 8 000 oběžných objektů, které jsou považovány za nebezpečí kolize, a poskytuje nepřetržitý tok orbitálních dat různým agenturám.

Úřad Evropské vesmírné agentury (ESA) pro kosmický prostor také spravuje databázový a informační systém charakterizující objekty ve vesmíru (DISCOS), který poskytuje informace o podrobnostech o spuštění, historii orbitálů, fyzických vlastnostech a popisech úkolů pro všechny objekty, které ESA v současné době sleduje. Tato databáze je mezinárodně uznávaná a používá ji téměř 40 agentur, organizací a společností po celém světě.

Již více než 70 let je Low-Orbit Orbit hřištěm pro lidské vesmírné schopnosti. Příležitostně jsme se vydali za hřiště a dále ven do Sluneční soustavy (a dokonce i za). V nadcházejících desetiletích se očekává, že v LEO proběhne mnohem více činností, mezi něž patří rozmístění více satelitů, krychle, další operace na palubě ISS a dokonce i letecký cestovní ruch.

Není třeba říkat, že toto zvýšení aktivity bude vyžadovat, abychom udělali něco pro všechny nevyžádané prostupující vesmírnými pruhy. S více vesmírnými agenturami, soukromými leteckými společnostmi a dalšími účastníky, kteří chtějí využít výhod LEO, bude třeba provést nějaké seriózní vyčištění. A některé další protokoly bude určitě nutné vyvinout, aby se zajistilo, že zůstane čistý.

Zde jsme v Space Magazine napsali mnoho zajímavých článků o oběžné dráze kolem Země. Tady je Co je orbita Země ?, Jak vysoký je vesmír ?, Kolik satelitů je ve vesmíru?, Polární a jižní světla - Co je Aurora? a co je to Mezinárodní kosmická stanice?

Pokud byste chtěli získat více informací o nízké oběžné dráze Země, podívejte se na typy oběžných drah z webu Evropské kosmické agentury. Tady je také odkaz na článek NASA o Low Earth Orbit.

Zaznamenali jsme také celou epizodu obsazení astronomie Obsazení všeho o obcházení sluneční soustavy. Poslouchejte zde, Epizoda 84: Jak obejít sluneční soustavu.

Zdroje: