Počevši od pedesetih godina 20. stoljeća s programima Sputnik, Vostok i Merkur, ljudska bića su počela "kliziti sjajne zemaljske veze". I neko vrijeme su sve naše misije bile ono što je poznato kao orbita niske Zemlje (LEO). Vremenom, s misijama Apolona i dubokim svemirskim misijama u koje su uključene robotske svemirske letjelice (poput Voyager misije), počeli smo se upustiti u daljinu, stižući do Mjeseca i drugih planeta Sunčevog sustava.
Ali velikim dijelom, ogromna većina misija u svemir tijekom godina - bile one u posadi ili otvrgnute - bile su u orbiti niske Zemlje. Ovdje se nalazi na Zemlji ogroman niz komunikacija, navigacije i vojnih satelita. Upravo tu vodi svoje međunarodne svemirske stanice (ISS), u koje danas ide i većina posada. Dakle, samo što je LEO i zašto smo toliko namjeravali poslati stvari tamo?
Definicija:
Tehnički se objekti u orbiti niske Zemlje nalaze na nadmorskoj visini između 160 do 2.000 km (99 do 1200 milja) iznad Zemljine površine. Bilo koji objekt ispod ove visine trpjet će orbitalno propadanje i brzo će se spustiti u atmosferu, ili izgorjeti ili se srušiti na površini. Objekti na ovoj nadmorskoj visini također imaju orbitalno razdoblje (tj. Vrijeme koje će im trebati da orbitiraju jednom Zemljom) između 88 i 127 minuta.
Objekti koji se nalaze u orbiti niske Zemlje podliježu atmosferskom povlačenju jer su još uvijek u gornjim slojevima Zemljine atmosfere - točnije termosferi (80 - 500 km; 50 - 310 milja), amopauzi (500–1000 km; 310– 620 mi) i egzosfera (1000 km; 620 mi i dalje). Što je veća orbita objekta, manja je gustoća 1atmosfere i povlačenje.
Međutim, izvan 1000 km (620 milja) predmeti će biti podvrgnuti Zemljinim zračnim pojasima Van Allen - zoni nabijenih čestica koja se proteže na udaljenosti od 60 000 km od Zemljine površine. U tim pojasevima solarni je vjetar i kozmičke zrake bile zarobljene Zemljinim magnetskim poljem, što dovodi do različitih stupnjeva zračenja. Otuda i zašto misije u LEO ciljaju stavove između 160 i 1000 km (99 do 620 milja).
Karakteristike:
U termosferi, termopauzi i egzosferi atmosferski uvjeti variraju. Na primjer, u donjem dijelu termosfere (od 80 do 550 kilometara; 50 do 342 milje) nalazi se ionosfera, koja je tako nazvana, jer se ovdje u atmosferi čestice ioniziraju sunčevim zračenjem. Kao rezultat, svaka svemirska letjelica koja orbitira unutar ovog dijela atmosfere mora biti u stanju podnijeti razinu UV i zračenja tvrdih iona.
Temperature u ovom području također se povećavaju s visinom, što je zbog izuzetno male gustoće njegovih molekula. Dakle, iako se temperatura u termosferi može popeti na čak 1500 ° C (2700 ° F), razmak molekula plina znači da to ne bi bilo vruće za čovjeka koji je u izravnom kontaktu s zrakom. Na ovoj se visini događaju fenomeni Aurora Borealis i Aurara Australis.
Egsosfera, koji je najudaljeniji sloj Zemljine atmosfere, proteže se od egzobaze i stapa se s prazninom vanjskog prostora, gdje nema atmosfere. Taj se sloj uglavnom sastoji od ekstremno male gustoće vodika, helija i nekoliko težih molekula, uključujući dušik, kisik i ugljični dioksid (koji su bliži egzobazi).
Da bi održao orbitu niske Zemlje, objekt mora imati dovoljnu orbitalnu brzinu. Za objekte na nadmorskoj visini od 150 km i više, mora se održavati orbitalna brzina od 7,8 km (4,84 milje) u sekundi (28,130 km / h; 17,480 mph). To je nešto manje od brzine bijega koja je potrebna za ulazak u orbitu, a to je 11,3 kilometra u sekundi (40,680 km / h; 25277 mph).
Unatoč činjenici da vučna težina u LEO nije značajno manja nego na površini Zemlje (otprilike 90%), ljudi i predmeti u orbiti su u stalnom stanju slobodnog pada, što stvara osjećaj bestežine.
Upotrebe LEO-a:
U ovoj povijesti svemirskih istraživanja ogromna većina ljudskih misija bila je u Zemljinoj orbiti niske. Međunarodna svemirska stanica također se kreće oko LEO-a, na nadmorskoj visini od 320 do 380 km (200 i 240 milja). I LEO je tamo gdje je većina umjetnih satelita raspoređena i održavana. Razlozi za to su prilično jednostavni.
Za prvo, postavljanje raketa i svemirskih šatla na visine veće od 1000 km (610 milja) zahtijeva mnogo više goriva. I unutar LEO-a, komunikacijski i navigacijski sateliti, kao i svemirske misije, doživljavaju visoku propusnost i nisko zaostajanje u komunikaciji (aka. Latency).
Za zemaljske promatračke i špijunske satelite, LEO je još uvijek dovoljno nizak da dobro pogleda površinu Zemlje i riješi velike predmete i vremenske obrasce na površini. Nadmorska visina također omogućava brza orbitalna razdoblja (malo više od jednog sata do dva sata), što im omogućava da u istom danu mogu vidjeti više područja na površini više puta u jednom danu.
I naravno, na visinama između 160 i 1000 km od Zemljine površine, objekti nisu podložni jakom zračenju pojasa Van Allen. Ukratko, LEO je najjednostavnije, najjeftinije i najsigurnije mjesto za razmještaj satelita, svemirskih stanica i svemirskih misija.
Problemi s svemirskim otpadom:
Zbog svoje popularnosti kao odredišta za satelite i svemirske misije, a s porastom svemirskog lansiranja u posljednjih nekoliko desetljeća, LEO je također sve više zagušen svemirskim otpadom. To je u obliku odbačenih raketnih stupnjeva, neradnih satelita i krhotina nastalih sudarima velikih komada krhotina.
Postojanje ovog polja krhotina u LEO-u uzrokovalo je sve veću zabrinutost posljednjih godina, budući da sudari pri velikim brzinama mogu biti katastrofalni za svemirske misije. I sa svakim sudarom nastaju dodatni krhotine, stvarajući razorni ciklus poznat kao Kesslerov efekt - koji je dobio ime po NASA-inom znanstveniku Donaldu J. Kessleru, koji ga je prvi predložio 1978. godine.
Godine 2013. NASA je procijenila da može postojati čak 21 000 komada smeća većih od 10 cm, 500 000 čestica između 1 i 10 cm i više od 100 milijuna manje od 1 cm. Kao rezultat toga, posljednjih desetljeća poduzete su brojne mjere za praćenje, sprečavanje i ublažavanje svemirskog otpada i sudara.
Na primjer, 1995. NASA je postala prva svemirska agencija na svijetu koja je izdala skup sveobuhvatnih smjernica o tome kako ublažiti krhotine iz orbite. Godine 1997. američka vlada odgovorila je razvijanjem Standardnih praksi ublažavanja krhotina u orbitu, temeljenim na NASA-inim smjernicama.
NASA je također osnovala Programski ured za orbitalno krhotine, koji koordinira s ostalim saveznim odjeljenjima za praćenje svemirskih krhotina i rješavanje poremećaja uzrokovanih sudarima. Uz to, američka mreža svemirskog nadzora trenutno nadgleda oko 8000 objekata u orbiti koji se smatraju opasnostima od sudara i osigurava kontinuirani protok podataka iz orbite prema različitim agencijama.
Ured za svemirske krhotine Europske svemirske agencije također održava bazu podataka i informacijski sustav koji karakterizira objekte u svemiru (DISCOS), koji pruža informacije o detaljima lansiranja, orbitalnim povijesti, fizičkim svojstvima i opisima misija za sve objekte koji trenutno prate ESA. Ova je baza međunarodno priznata i koristi je skoro 40 agencija, organizacija i tvrtki širom svijeta.
Već više od 70 godina, Nisko-zemaljska orbita bila je igralište sposobnosti ljudskog svemira. Povremeno smo krenuli izvan igrališta i dalje u Sunčev sustav (pa čak i šire). U narednim desetljećima očekuje se da će se dogoditi puno više aktivnosti u LEO-u, što uključuje razmještaj više satelita, kockica, nastavak rada na ISS-u, pa čak i zrakoplovni turizam.
Nepotrebno je reći da će ovo povećanje aktivnosti zahtijevati da učinimo nešto u vezi sa svim smećem koji prožima svemirske prometnice. S više svemirskih agencija, privatnih zrakoplovnih tvrtki i ostalih sudionika koji žele iskoristiti LEO, morat će se obaviti ozbiljno čišćenje. A sigurno će trebati razviti neke dodatne protokole kako bi se osiguralo da on ostane čist.
Ovdje smo pisali mnoge zanimljive članke o orbiti oko Zemlje u časopisu Space Magazine. Evo što je Zemljina orbita? Koliko je svemir visok? Koliko satelita ima u svemiru? Sjeverno i južno svjetlo - Što je Aurora? i Što je Međunarodna svemirska stanica?
Ako želite više informacija o orbiti niske Zemlje, pogledajte vrste orbite s web stranice Europske svemirske agencije. Također, evo poveznice na NASA-in članak o Nisko Zemljinoj orbiti.
Također smo snimili i cijelu epizodu Astronomske glume o tome kako se kretati oko Sunčevog sustava. Slušajte ovdje, epizoda 84: Kretanje oko Sunčevog sustava.
izvori:
- NASA - Što je orbita?
- ESA - Vrste orbite
- Wikipedija - Niska zemaljska orbita
- Svemirska budućnost - dolazak do orbite niske Zemlje
