Започвайки през 50-те години на миналия век с Спутник , Восток и живак програми, човешките същества започнаха да „изплъзват мрачните връзки на Земята“. И за известно време всички наши мисии бяха това, което е известно като ниска земна орбита (LEO). С течение на времето, с Мисии на Аполо и мисии в дълбокия космос, включващи роботизирани космически кораби (като Пътуващи мисии ), започнахме да излизаме отвъд, достигайки Луната и други планети от Слънчевата система.
Но като цяло по-голямата част от мисиите в космоса през годините – независимо дали са с екипаж или без екипаж – са били в ниска орбита на Земята. Именно тук се намира огромният набор от комуникационни, навигационни и военни спътници на Земята. И тук е, че Интернационална космическа станция (ISS) провежда операциите си, където отиват и повечето мисии с екипаж днес. И така, какво е LEO и защо сме толкова настроени да изпращаме неща там?
определение:
Технически, обектите в ниска земна орбита са на височина между 160 до 2000 км (99 до 1200 мили) над земната повърхност. Всеки обект под тази височина ще страда от орбитално разпадане и бързо ще се спусне в атмосферата, или да изгори, или да се разбие на повърхността. Обектите на тази височина също имат орбитален период (т.е. времето, което ще им отнеме да обиколят Земята веднъж) между 88 и 127 минути.
Слоевете на нашата атмосфера, показващи надморската височина на най-често срещаните полярни сияния. Кредит: Wikimedia Commons
Обекти, които се намират в ниска земна орбита, са подложени на атмосферно съпротивление, тъй като все още са в горните слоеве на земната атмосфера – по-специално термосферата (80 – 500 km; 50 – 310 мили), тамопаузата (500–1000 km; 310– 620 mi) и екзосферата (1000 km; 620 мили и повече). Колкото по-висока е орбитата на обекта, толкова по-ниска е 1 атмосферната плътност и съпротивлението.
Въпреки това, отвъд 1000 км (620 мили), обектите ще бъдат обект на Земята Радиационни колани на Ван Алън – зона от заредени частици, която се простира на разстояние от 60 000 km от земната повърхност. В тези пояси слънчевият вятър и космическите лъчи са уловени от магнитното поле на Земята, което води до различни нива на радиация. Ето защо мисиите до LEO целят нагласа 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 наречена така, защото именно тук в атмосферата частиците се йонизират от слънчевата радиация. В резултат на това всеки космически кораб, обикалящ в тази част на атмосферата, трябва да може да издържи на нивата на UV и твърди йонни лъчения.
Температурите в този регион също се повишават с височината, което се дължи на изключително ниската плътност на неговите молекули. Така че, докато температурите в термосферата могат да се повишат до 1500 °C (2700 °F), разстоянието между газовите молекули означава, че няма да се чувства горещо за човек, който е в пряк контакт с въздуха. Също така на тази надморска височина явленията, известни като Северно Сияние и Аурара Австралис е известно, че се провеждат.
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 ниски плътности на водород, хелий и няколко по-тежки молекули, включително азот, кислород и въглероден диоксид (които са по-близо до екзобазата).
За да се поддържа ниска околоземна орбита, обектът трябва да има достатъчна орбитална скорост. За обекти на височина от 150 km и повече трябва да се поддържа орбитална скорост от 7,8 km (4,84 мили) в секунда (28 130 km/h; 17 480 mph). Това е малко по-малко от скоростта, необходима за излизане в орбита, която е 11,3 километра (7 мили) в секунда (40 680 км/ч; 25277 мили в час).
Въпреки факта, че притеглянето 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 усещане за безтегловност.
Употреби на LEO:
В тази история на изследване на космоса по-голямата част от човешките мисии са били до ниска околоземна орбита. В Интернационална космическа станция също орбитира в LEO, между височина от 320 и 380 km (200 и 240 mi). 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 на височини над 1000 км (610 мили) би изисквало значително повече гориво. А в рамките на LEO комуникационните и навигационните спътници, както и космическите мисии, изпитват висока честотна лента и ниско забавяне на комуникацията (известно още като латентност).
За спътници за наблюдение на Земята и шпиониране, LEO все още е достатъчно нисък, за да получи добър поглед върху повърхността на Земята и да разреши големи обекти и метеорологични модели на повърхността. Височината също така позволява бързи орбитални периоди (малко над един час до два часа), което им позволява да могат да виждат един и същ регион на повърхността няколко пъти в рамките на един ден.
И разбира се, на височини между 160 и 1000 км от земната повърхност, обектите не са обект на интензивното излъчване на поясите на Ван Алън. Накратко, LEO е най-простото, най-евтиното и безопасно място за разполагане на сателити, космически станции и космически мисии с екипаж.
Проблеми с космически отломки:
Поради популярността си като дестинация за сателити и космически мисии и с увеличаването на изстрелванията в космоса през последните няколко десетилетия, LEO също става все по-претоварен с космически отпадъци. Това е под формата на изхвърлени ракетни стъпала, нефункциониращи спътници и отломки, създадени от сблъсъци между големи парчета отломки.
Съществуването на това поле от отломки в LEO доведе до нарастваща загриженост през последните години, тъй като сблъсъците при високи скорости могат да бъдат катастрофални за космическите мисии. И при всеки сблъсък се създават допълнителни отломки, създавайки разрушителен цикъл, известен като ефекта на Кеслер – който е кръстен на учения от НАСА Доналд Дж. Кеслер, който го предложи за първи път през 1978 г.
През 2013 г. НАСА изчисли, че може да има до 21 000 бита боклук по-голям 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 множество 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 за това как да смекчи орбиталните отломки. През 1997 г. правителството на САЩ реагира с разработването на Стандартни практики за смекчаване на орбитални отломки , въз основа на указанията на НАСА.
НАСА също установи Програмен офис за орбитални отломки , който координира с други федерални ведомства за наблюдение на космическите отпадъци и справяне с смущенията, причинени от сблъсъци. В допълнение, на Мрежа за космическо наблюдение на САЩ в момента наблюдава около 8000 орбитални обекта, които се считат за опасност от сблъсък, и осигурява непрекъснат поток от данни за орбита до различни агенции.
Европейската космическа агенция (ESA) Офис за космически отпадъци също така поддържа База данни и информационна система, характеризиращи обекти в космоса (DISCOS), който предоставя информация за подробности за изстрелването, орбитална история, 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 ниската земна орбита е игралната площадка на човешките космически възможности. Понякога сме се осмелили да излизаме отвъд детската площадка и по-далеч в Слънчевата система (и дори отвъд). През следващите десетилетия се очаква много повече активности да се осъществят в LEO, което включва разполагането на повече сателити, cubesats, продължаване на операциите на борда на МКС и дори аерокосмически туризъм.
Излишно е да казвам, че това увеличаване на активността ще изисква да направим нещо по отношение на всички боклуци, проникващи в космическите ленти. С повече космически агенции, частни авиокосмически компании и други участници, които искат да се възползват от LEO, ще трябва да се извърши сериозно почистване. И със сигурност ще трябва да бъдат разработени някои допълнителни протоколи, за да се гарантира, че остава чист.
Написахме много интересни статии за орбита Земята тук във Universe Today. Ето Каква е орбитата на Земята? , Колко високо е пространството? , Колко сателита има в Космоса? , Северното и Южното сияние - Какво е Аврора? и Какво представлява Международната космическа станция?
Ако искате повече информация за ниската околоземна орбита, вижте видовете орбита от Уебсайт на Европейската космическа агенция . Също така, ето линк към Статията на НАСА за ниската околоземна орбита .
Записахме и цял епизод на Astronomy Cast за заобикаляне на Слънчевата система. Слушай тук, Епизод 84: Заобикаляне на Слънчевата система .
Източници:
