Začetek v petdesetih letih prejšnjega stoletja s Sputnik , Vostok in Merkur programov, so ljudje začeli »zdrsniti trdne vezi Zemlje«. In nekaj časa so bile vse naše misije tako imenovane Low-Earth Orbit (LEO). Sčasoma z Apollo misije in misije globokega vesolja, ki vključujejo robotska vesoljska plovila (npr Potovalne misije ), smo se začeli podajati naprej in dosegli Luno in druge planete Osončja.
Toda na splošno je bila velika večina vesoljskih misij v preteklih letih – bodisi s posadko ali brez posadke – v nizkozemeljski orbiti. Tu se nahaja široka paleta Zemljinih komunikacijskih, navigacijskih in vojaških satelitov. In tukaj je Mednarodna vesoljska postaja (ISS) izvaja svoje operacije, kamor gre tudi večina današnjih misij s posadko. Torej, kaj je LEO in zakaj tako nameravamo pošiljati stvari tja?
Opredelitev:
Tehnično gledano so predmeti v nizki zemeljski orbiti na višini med 160 in 2000 km (99 do 1200 milj) nad zemeljsko površino. Vsak predmet pod to nadmorsko višino bo utrpel orbitalni razpad in se bo hitro spustil v ozračje, bodisi zgorel ali strmoglavil na površje. Objekti na tej višini imajo tudi orbitalno obdobje (tj. čas, ki ga bo potreboval, da enkrat obkroži Zemljo) med 88 in 127 minutami.
Plasti našega ozračja, ki prikazujejo nadmorsko višino najpogostejših auror. Zasluge: Wikimedia Commons
Predmeti, ki so v nizki zemeljski orbiti, so izpostavljeni atmosferskemu uporu, saj so še vedno v zgornjih plasteh Zemljine atmosfere – natančneje termosfera (80 – 500 km; 50 – 310 milj), temopavza (500–1000 km; 310– 620 milj) in eksosfero (1000 km; 620 milj in več). Višja kot je orbita predmeta, manjša je gostota atmosfere in upor.
Vendar pa bodo predmeti, ki presegajo 1000 km (620 milj), podvrženi Zemlji Van Allenovi sevalni pasovi – cona nabitih delcev, ki sega na razdaljo 60.000 km od zemeljskega površja. V teh pasovih je zemeljsko magnetno polje ujelo sončni veter in kozmične žarke, kar je povzročilo različne ravni sevanja. Zato misije na LEO ciljajo na položaje med 160 in 1000 km (99 do 620 milj).
Značilnosti:
V termosferi, termopavzi in eksosferi se atmosferske razmere razlikujejo. Na primer, spodnji del termosfere (od 80 do 550 kilometrov; 50 do 342 milj) vsebuje ionosfero, ki je tako imenovana, ker so delci tukaj v atmosferi ionizirani s sončnim sevanjem. Posledično mora biti vsako vesoljsko plovilo, ki kroži znotraj tega dela atmosfere, sposobno vzdržati ravni UV in trdih ionov.
Z višino se v tem predelu dvigujejo tudi temperature, kar je posledica izjemno nizke gostote njegovih molekul. Medtem ko se lahko temperature v termosferi dvignejo tudi do 1500 °C (2700 °F), razmik med molekulami plina pomeni, da človeku, ki je v neposrednem stiku z zrakom, ne bi bilo vroče. Na tej nadmorski višini so tudi pojavi, znani kot Severni sij in Aurara Australis je znano, da potekajo.
Eksosfera, ki je najbolj oddaljena plast Zemljine atmosfere, se razteza od eksobaze in se zlije s praznino vesolja, kjer atmosfere ni. Ta plast je v glavnem sestavljena iz izjemno nizke gostote vodika, helija in več težjih molekul, vključno z dušikom, kisikom in ogljikovim dioksidom (ki so bližje eksobazi).
Za vzdrževanje nizke zemeljske orbite mora imeti objekt zadostno orbitalno hitrost. Za objekte na višini 150 km in več je treba vzdrževati orbitalno hitrost 7,8 km (4,84 milje) na sekundo (28.130 km/h; 17.480 mph). To je nekoliko manj kot ubežna hitrost, potrebna za vstop v orbito, ki je 11,3 kilometra (7 milj) na sekundo (40.680 km/h; 25277 mph).
Kljub temu, da gravitacija v LEO ni bistveno manjša kot na površini Zemlje (približno 90 %), so ljudje in predmeti v orbiti v stalnem stanju prostega pada, kar ustvarja občutek breztežnosti.
Uporaba LEO:
V tej zgodovini raziskovanja vesolja je bila velika večina človeških misij v nizko zemeljsko orbito. The Mednarodna vesoljska postaja kroži tudi v LEO, med višino 320 in 380 km (200 in 240 milj). In LEO je tam, kjer je večina umetnih satelitov nameščenih in vzdrževanih. Razlogi za to so precej preprosti.
Prvič, razporeditev raket in vesoljskih čolnov na višine nad 1000 km (610 milj) bi zahtevala bistveno več goriva. Znotraj LEO imajo komunikacijski in navigacijski sateliti ter vesoljske misije visoko pasovno širino in nizek komunikacijski časovni zamik (ali latenca).
Za satelite za opazovanje Zemlje in vohunske satelite je LEO še vedno dovolj nizek, da lahko dobro pogleda površje Zemlje in razreši velike predmete in vremenske vzorce na površini. Nadmorska višina omogoča tudi hitra orbitalna obdobja (dolga nekaj več kot eno uro do dve uri), kar jim omogoča, da si lahko isto regijo na površini ogledajo večkrat v enem dnevu.
In seveda, na višinah med 160 in 1000 km od zemeljske površine predmeti niso izpostavljeni intenzivnemu sevanju Van Allenovih pasov. Skratka, LEO je najpreprostejša, najcenejša in najvarnejša lokacija za razporeditev satelitov, vesoljskih postaj in vesoljskih misij s posadko.
Težave z vesoljskimi odpadki:
Zaradi svoje priljubljenosti kot destinacije za satelite in vesoljske misije ter s povečanjem izstrelitev v vesolje v zadnjih nekaj desetletjih postaja LEO vse bolj preobremenjen z vesoljskimi odpadki. To je v obliki zavrženih raketnih stopenj, nedelujočih satelitov in naplavin, ki nastanejo zaradi trkov med velikimi kosi naplavin.
Obstoj tega polja naplavin v LEO je v zadnjih letih povzročil vedno večjo zaskrbljenost, saj so trki pri velikih hitrostih lahko katastrofalni za vesoljske misije. Z vsakim trkom se ustvarijo dodatni naplavi, ki ustvarjajo uničujoč cikel, znan kot Kesslerjev učinek – ki je poimenovan po znanstveniku Nase Donald J. Kessler, ki ga je leta 1978 prvič predlagal.
Leta 2013 je NASA ocenila, da je lahko kar 21.000 bitov smeti, večjih od 10 cm, 500.000 delcev med 1 in 10 cm in več kot 100 milijonov manjših od 1 cm. Posledično so bili v zadnjih desetletjih sprejeti številni ukrepi za spremljanje, preprečevanje in blažitev vesoljskih odpadkov in trkov.
Na primer, leta 1995 je NASA postala prva vesoljska agencija na svetu, ki je izdala niz obsežnih smernic o tem, kako ublažiti orbitalne odpadke. Leta 1997 se je ameriška vlada odzvala z razvojem Standardne prakse za ublažitev orbitalnih naplavin , ki temelji na smernicah Nase.
NASA je vzpostavila tudi Urad programa Orbital Debris , ki koordinira z drugimi zveznimi oddelki za spremljanje vesoljskih odpadkov in obravnava motenj, ki jih povzročijo trki. Poleg tega je Ameriška vesoljska nadzorna mreža trenutno spremlja približno 8.000 orbitalnih objektov, ki veljajo za nevarnost trka, in zagotavlja stalen pretok orbitalnih podatkov različnim agencijam.
Evropska vesoljska agencija (ESA) Urad za vesoljske odpadke vzdržuje tudi Baza podatkov in informacijski sistem, ki označuje objekte v vesolju (DISCOS), ki zagotavlja informacije o podrobnostih izstrelitve, zgodovini orbite, fizičnih lastnostih in opisih misij za vse objekte, ki jih trenutno spremlja ESA. Ta baza podatkov je mednarodno priznana in jo uporablja skoraj 40 agencij, organizacij in podjetij po vsem svetu.
Nizka zemeljska orbita je že več kot 70 let igrišče človeških vesoljskih zmogljivosti. Občasno smo se podali izven igrišča in dlje v Osončje (in celo dlje). V prihodnjih desetletjih se pričakuje veliko več dejavnosti na LEO, kar vključuje razporeditev več satelitov, kubesatov, nadaljnje operacije na krovu ISS in celo letalski turizem.
Ni treba posebej poudarjati, da bo to povečanje dejavnosti zahtevalo, da naredimo nekaj glede vsega smeti, ki prežema vesoljske poti. Ker bo več vesoljskih agencij, zasebnih letalskih in vesoljskih podjetij in drugih udeležencev, ki želijo izkoristiti LEO, bo treba izvesti resno čiščenje. Zagotovo bo treba razviti nekaj dodatnih protokolov, da bo ostal čist.
Napisali smo veliko zanimivih člankov o orbiti Zemlja tukaj na Universe Today. tukaj Kaj je orbita Zemlje? , Kako visoko je vesolje? , Koliko satelitov je v vesolju? , Severni in južni sij – kaj je aurora? in Kaj je Mednarodna vesoljska postaja?
Če želite več informacij o nizki zemeljski orbiti, si oglejte vrste orbit iz Spletna stran Evropske vesoljske agencije . Tu je tudi povezava do Nasin članek o nizki Zemljini orbiti .
Posneli smo tudi celotno epizodo oddaje Astronomy Cast, ki govori o obhodu sončnega sistema. Poslušaj tukaj, Epizoda 84: Prehodi po sončnem sistemu .
Viri:
