Orbită terestră joasă

Orbită terestră joasă ( LEO , engleză Low Earth Orbit (LEO)) este o orbită spațială în jurul Pământului , având o altitudine deasupra suprafeței planetei în intervalul de la 160 km ( perioada de aproximativ 88 de minute ) la 2000 km (perioada de aproximativ 127 de minute). Obiectele situate la altitudini mai mici de 160 km experimentează o influență foarte puternică a atmosferei și sunt instabile [1] [2] .

Cu excepția zborurilor cu echipaj uman către Lună ( programul Apollo , SUA ), toate zborurile spațiale umane au avut loc fie în regiunea LEO, fie au fost suborbitale . Gemini 11 a avut cea mai mare altitudine dintre zborurile cu echipaj din regiunea LEO , cu un apogeu de 1374 km. Până în prezent, toate stațiile spațiale cu echipaj și majoritatea sateliților pământești artificiali folosesc sau au folosit LEO.

De asemenea, LEO concentrează cea mai mare parte a resturilor spațiale .

Caracteristicile orbitei

Obiectele din LEO sunt influențate de straturile rarefiate ale atmosferei : termosfera (80–500 km) și exosfera (500 km și mai sus), în funcție de înălțimile orbitelor. Aceste orbite sunt situate între straturile dense ale atmosferei și centurile de radiații .

Altitudinile mai mici de 300 km nu sunt utilizate de obicei pentru sateliți, deoarece durata de viață pe astfel de orbite joase este scurtă.

Viteza orbitală a unui obiect necesară pentru a fi în LEO stabil este de aproximativ 7,8 km/s , dar scade odată cu creșterea altitudinii. Pentru o înălțime orbitală de 200 km, aceasta este de 7,79 km/s (28000 km/h), iar pentru 1500 km este de 7,12 km/s (25600 km/h) [3] . Pentru a ajunge la LEO de la suprafața planetei , este necesară o viteză caracteristică de 9,4 km/s. În plus față de prima viteză de evacuare necesară de 7,9 km/s, este necesar un suplimentar de 1,5–2 km/s din cauza pierderilor aerodinamice și gravitaționale .

În 2017, „orbitele Pământului foarte joase” sub 450 km [4] [5] au început să fie notate în documentele de reglementare .

Exemple

Durata de viață a unui satelit în LEO

Timpul petrecut de un satelit în LEO depinde de mulți factori, mai ales depinde foarte mult de influența Lunii și de înălțimea deasupra straturilor dense ale atmosferei. De exemplu, orbita satelitului „ Explorer-6 ” (SUA) s-a schimbat la fiecare 3 luni de la 250 la 160 km, ceea ce a dus la o scădere a duratei de viață a satelitului de la cei 20 de ani planificați la 2, iar primul satelit Pământesc, de asemenea a existat timp de 3 luni (perigee 215 km, apogee 939 km). Alți factori care afectează durata de viață: înălțimea straturilor dense ale atmosferei poate varia în funcție de momentul zilei și de orbita satelitului, de exemplu, la prânz, straturile încălzite ale atmosferei la o altitudine de 300 km au o densitate de 2 ori mai mare decât la miezul nopții, iar trecerea satelitului peste ecuatorul Pământului scade și înălțimea perigeului satelitului. Creșterea activității solare poate duce la o creștere bruscă a densității atmosferei superioare - ca urmare, satelitul este încetinit mai puternic, iar înălțimea orbitei sale scade mai repede.

Un rol esențial îl joacă și forma satelitului, și anume zona secțiunii mediane (secțiune transversală); pentru sateliții special concepuți să funcționeze pe orbite joase, sunt adesea alese forme ale corpului înclinate, aerodinamic.

Resturi spațiale

Mediul LEO este puternic poluat cu resturi spațiale  - rămășițele de sateliți învechiți și părți ale vehiculelor de lansare  - din cauza popularității ridicate a lansărilor la aceste altitudini, precum și a fragmentelor formate în timpul exploziilor de sateliți și al coliziunilor acestora. Atunci când obiecte mai mari de câțiva centimetri , care se deplasează la viteze orbitale la un unghi unul față de celălalt, se ciocnesc, ele sunt distruse semnificativ.

Începând cu anii 2000  - 2010 , sateliții și resturile spațiale, după modele separate , au devenit suficiente pentru LEO încât o coliziune între diverse obiecte generează multe fragmente , înfundând și mai mult această zonă ( principiul domino , sau reacția în lanț ) [7] [8 ]. ] [9] . Acest efect de creștere a resturilor se numește sindromul Kessler și are potențialul de a duce la imposibilitatea completă a utilizării spațiului cosmic pentru lansări de pe Pământ în viitor.

Mai multe organizații din SUA și Rusia urmăresc orbitele a peste 15.000 de obiecte în LEO. În acest caz, numai navele spațiale și resturile mai mari de 10 cm sunt de obicei urmărite în mod fiabil [10] . Cu toate acestea, este posibil să se construiască un sistem low-cost pentru urmărirea obiectelor pe orbita joasă a Pământului, care poate detecta și urmări resturile spațiale mai mari de 2 m [11] [12] . Obiectele cu dimensiuni de la 1 la 10 cm practic nu sunt urmărite, dar reprezintă un pericol pentru nave spațiale. Pentru a proteja sateliții de consecințele negative ale unei coliziuni cu obiecte mai mici, sunt utilizate diferite versiuni ale „protecției Whipple” [13] .

Note

  1. ↑ IADC Space Debris Mitigation Guidelines (PDF)  (link nu este disponibil) . Comitetul de coordonare inter-agenții pentru deșeuri spațiale (15 octombrie 2002). Preluat la 22 octombrie 2014. Arhivat din original la 3 decembrie 2013.
  2. ↑ Standardul de siguranță al NASA 1740.14, Linii directoare și proceduri de evaluare pentru limitarea resturilor orbitale (PDF). Biroul pentru Siguranță și Asigurarea Misiunii (1 august 1995). Arhivat din original pe 15 februarie 2013.
  3. ↑ Parametrii LEO . www.spaceacademy.net.au . Consultat la 12 iunie 2015. Arhivat din original la 11 februarie 2016.
  4. ↑ Crisp, N.H.; Roberts, PCE; Livadiotti, S.; Oiko, VTA; Edmondson, S.; Ridicat, SJ; Huyton, C.; Sinpetru, L.; Smith, KL; Worrall, SD; Becedas, J. (august 2020). „Beneficiile orbitei terestre foarte joase pentru misiunile de observare a Pământului” . Progres în științe aerospațiale . 117 : 100619.arXiv : 2007.07699 . DOI : 10.1016/j.paerosci.2020.100619 . Arhivat din original pe 19.03.2021 . Preluat 2021-05-16 . Parametrul depreciat folosit |deadlink=( ajutor )
  5. ↑ Messier, Doug . SpaceX vrea să lanseze 12.000 de sateliți , arc parabolic  (3 martie 2017). Arhivat din original pe 22 ianuarie 2020. Preluat la 16 mai 2021.
  6. ↑ Altitudinea mai mare îmbunătățește economia de combustibil a stației . NASA. Consultat la 12 februarie 2013. Arhivat din original la 15 mai 2015.
  7. ↑ J.-C. Liou , An Assessment of the Current LEO Debris Environment and the Need for Active Debris Removal Arhivat 14 mai 2015 la Wayback Machine // NASA, - 2010: „ Cu toate acestea, chiar înainte de testul ASAT, analizele modelului au indicat deja că populația de resturi (pentru cei mai mari de 10 cm) în LEO ajunsese la un punct în care populația ar continua să crească, din cauza ciocnirilor dintre obiectele existente, chiar și fără lansări viitoare. Concluzia implică faptul că, pe măsură ce sateliții continuă să fie lansați și evenimente neașteptate de destrămare continuă să aibă loc, măsurile de atenuare adoptate concomitent nu vor putea opri creșterea populației determinată de coliziuni. „Cu toate acestea, chiar înainte de testul ASAT (2007), analiza modelului a concluzionat că cantitatea de resturi (mai mare de 10 cm) din LEO a atins un punct dincolo de care ar crește din cauza coliziunilor dintre obiectele existente, chiar și fără lansări sau viitoare. . Concluzia sugerează că... măsurile convenționale nu vor putea opri creșterea numărului din cauza coliziunilor.
  8. ↑ A. I. Nazarenko , Prognoza contaminării OKP pentru 200 de ani și sindromul Kessler Copie de arhivă din 4 martie 2016 la Wayback Machine , 2010: „Aceasta înseamnă că creșterea avalanșă a poluării tehnologice a OKP dintr-o ipoteză a sindromului OKK (syndrome ipoteze) s-a transformat în realitate: a început deja”. (pentru fracția mică).
  9. ↑ S. S. Veniaminov, A. M. Chervonov , Space debris is a threat to humanity Copie de arhivă din 6 octombrie 2014 pe Wayback Machine / M: IKI RAS, 2012, ISSN 2075-6836, p. 136: „În anii 1990. existau deja regiuni orbitale separate în care densitatea spațială a resturilor spațiale (deșeuri spațiale ) depășea nivelul critic. ... (de la 900 la 1000 km și aproximativ 1500 km) ... Populația CM de acolo va crește cantitativ, chiar dacă nu există un aflux de noi CR din exterior, iar numărul de fragmente de la coliziuni în conformitate cu sindromul Kessler va crește exponențial.
  10. ↑ Fișă informativă: Centrul de operațiuni spațiale comune . Arhivat din original pe 3 februarie 2010.
  11. ↑ Dorota Mieczkowska, Jakub Wojcicki, Patrycja Szewczak, Marek Kubel-Grabau, Martyna Zaborowska. Detectarea obiectelor pe LEO folosind semnale de oportunitate  // 2017 Signal Processing Symposium (SPSympo). - Satul Jachranka, Polonia: IEEE, 2017-09. — S. 1–6 . - ISBN 978-1-5090-6755-8 . - doi : 10.1109/SPS.2017.8053660 . Arhivat din original pe 6 martie 2022.
  12. ↑ Jakub Kopycinski, Pawel Kuklinski, Wioleta Rzesa, Bartlomiej Majerski, Agnieszka Borucka. Sistem de detectare, urmărire și catalogare a sateliților  // 2018 a 22-a Conferință internațională cu microunde și radar (MIKON). — Poznan, Polonia: IEEE, 2018-05. — S. 370–373 . — ISBN 978-83-949421-1-3 . - doi : 10.23919/MIKON.2018.8405229 . Arhivat din original pe 6 martie 2022.
  13. ↑ Whipple shield   // Wikipedia . — 24.09.2020.
 Orbite