ΤΙ ΕΊΝΑΙ Η ΤΡΟΧΙΆ ΧΑΜΗΛΉΣ ΓΗΣ;

Send

Ξεκινώντας τη δεκαετία του 1950 με τα προγράμματα Sputnik, Vostok και Mercury, τα ανθρώπινα όντα άρχισαν να «γλιστρούν τους ασαφείς δεσμούς της Γης». Και για μια στιγμή, όλες οι αποστολές μας ήταν αυτό που είναι γνωστό ως Low-Earth Orbit (LEO). Με την πάροδο του χρόνου, με τις αποστολές Apollo και τις αποστολές βαθιού διαστήματος που περιλαμβάνουν ρομποτικό διαστημικό σκάφος (όπως το Αποστολές Voyager, ξεκινήσαμε να ξεφεύγουμε, φτάνοντας στη Σελήνη και σε άλλους πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος.

Αλλά σε γενικές γραμμές, η συντριπτική πλειοψηφία των αποστολών στο διάστημα με την πάροδο των χρόνων - είτε είναι πληρώματα είτε αδέσμευτα - ήταν στο Low-Earth Orbit. Εδώ βρίσκεται η τεράστια γκάμα δορυφόρων επικοινωνιών, πλοήγησης και στρατιωτικών δορυφόρων. Και εδώ είναι που ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (ISS) διεξάγει τις δραστηριότητές του, όπου βρίσκεται και η πλειονότητα των αποστολών που πληρώνονται σήμερα. Λοιπόν, τι ακριβώς είναι το LEO και γιατί σκοπεύουμε να στείλουμε πράγματα εκεί;

Ορισμός:

Τεχνικά, τα αντικείμενα σε τροχιά χαμηλής Γης βρίσκονται σε υψόμετρο μεταξύ 160 και 2.000 km (99 έως 1200 mi) πάνω από την επιφάνεια της Γης. Οποιοδήποτε αντικείμενο κάτω από αυτό το υψόμετρο θα είναι να υποφέρει από τροχιακή διάσπαση και θα κατέβει γρήγορα στην ατμόσφαιρα, είτε καίγεται είτε συντρίβεται στην επιφάνεια. Τα αντικείμενα σε αυτό το υψόμετρο έχουν επίσης μια τροχιακή περίοδο (δηλ. Ο χρόνος που θα τους πάρει για να περιστρέφονται μία φορά στη Γη) μεταξύ 88 και 127 λεπτών.

Τα αντικείμενα που βρίσκονται σε τροχιά χαμηλής Γης υπόκεινται σε ατμοσφαιρική οπισθέλκηση, καθώς βρίσκονται ακόμα στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης - συγκεκριμένα στη θερμόσφαιρα (80 - 500 km, 50 - 310 mi), theremopause (500-1000 km, 310– 620 μίλια), και την εξώσφαιρα (1000 χλμ., 620 μίλια και πέρα) Όσο υψηλότερη είναι η τροχιά του αντικειμένου, τόσο χαμηλότερη είναι η 1 ατμοσφαιρική πυκνότητα και σύρετε.

Ωστόσο, πέρα από τα 1000 km (620 mi), τα αντικείμενα θα υπόκεινται στους ιμάντες ακτινοβολίας Van Allen της Γης - μια ζώνη φορτισμένων σωματιδίων που εκτείνεται σε απόσταση 60.000 km από την επιφάνεια της Γης. Σε αυτές τις ζώνες, ο ηλιακός άνεμος και οι κοσμικές ακτίνες έχουν παγιδευτεί από το μαγνητικό πεδίο της Γης, οδηγώντας σε διαφορετικά επίπεδα ακτινοβολίας. Ως εκ τούτου, οι αποστολές στο LEO στοχεύουν σε στάσεις μεταξύ 160 έως 1000 km (99 έως 620 mi).

Χαρακτηριστικά:

Εντός της θερμόσφαιρας, της θερμόπαυσης και της εξώσφαιρας, οι ατμοσφαιρικές συνθήκες ποικίλλουν. Για παράδειγμα, το κάτω μέρος της θερμόσφαιρας (από 80 έως 550 χιλιόμετρα, 50 έως 342 μίλια) περιέχει την ιονόσφαιρα, η οποία ονομάζεται έτσι, επειδή στην ατμόσφαιρα ιονίζονται τα σωματίδια από την ηλιακή ακτινοβολία. Ως αποτέλεσμα, κάθε διαστημικό σκάφος που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από αυτό το μέρος της ατμόσφαιρας πρέπει να είναι σε θέση να αντέξει τα επίπεδα της υπεριώδους ακτινοβολίας και των σκληρών ιόντων.

Οι θερμοκρασίες σε αυτήν την περιοχή επίσης αυξάνονται με το ύψος, η οποία οφείλεται στην εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα των μορίων της. Έτσι, ενώ οι θερμοκρασίες στη θερμόσφαιρα μπορούν να αυξηθούν έως και τους 1500 ° C (2700 ° F), η απόσταση των μορίων αερίου σημαίνει ότι δεν θα αισθανόταν ζεστό σε έναν άνθρωπο που ήταν σε άμεση επαφή με τον αέρα. Σε αυτό το υψόμετρο είναι επίσης γνωστά τα φαινόμενα που είναι γνωστά ως Aurora Borealis και Aurara Australis.

Η Exosphere, που είναι το πιο απομακρυσμένο στρώμα της ατμόσφαιρας της Γης, εκτείνεται από την εξωβάση και συγχωνεύεται με το κενό του διαστήματος, όπου δεν υπάρχει ατμόσφαιρα. Αυτό το στρώμα αποτελείται κυρίως από εξαιρετικά χαμηλές πυκνότητες υδρογόνου, ηλίου και αρκετών βαρύτερων μορίων, συμπεριλαμβανομένων αζώτου, οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα (που είναι πιο κοντά στην εξωβάση).

Προκειμένου να διατηρηθεί μια τροχιά χαμηλής γης, ένα αντικείμενο πρέπει να έχει επαρκή τροχιακή ταχύτητα. Για αντικείμενα σε υψόμετρο 150 km και πάνω, πρέπει να διατηρείται μια τροχιακή ταχύτητα 7,8 km (4,84 mi) ανά δευτερόλεπτο (28,130 km / h, 17,480 mph). Αυτό είναι ελαφρώς μικρότερο από την ταχύτητα διαφυγής που απαιτείται για να μπείτε σε τροχιά, που είναι 11,3 χιλιόμετρα (7 μίλια) ανά δευτερόλεπτο (40.680 km / h, 25277 mph).

Παρά το γεγονός ότι το τράβηγμα της βαρύτητας στο LEO δεν είναι σημαντικά μικρότερο από ό, τι στην επιφάνεια της Γης (περίπου 90%), οι άνθρωποι και τα αντικείμενα σε τροχιά βρίσκονται σε σταθερή κατάσταση ελεύθερης πτώσης, γεγονός που δημιουργεί την αίσθηση της έλλειψης βαρύτητας.

Χρήσεις του LEO:

Σε αυτήν την ιστορία της εξερεύνησης του διαστήματος, η συντριπτική πλειοψηφία των ανθρώπινων αποστολών ήταν στο Low Earth Orbit. Ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός βρίσκεται επίσης σε τροχιά στο LEO, σε υψόμετρο 320 και 380 km (200 και 240 mi). Και το LEO είναι όπου η πλειονότητα των τεχνητών δορυφόρων αναπτύσσεται και συντηρείται. Οι λόγοι για αυτό είναι αρκετά απλοί.

Πρώτον, η ανάπτυξη πυραύλων και διαστημικών λεωφορείων σε υψόμετρα άνω των 1000 km (610 mi) θα απαιτούσε σημαντικά περισσότερα καύσιμα. Και εντός του LEO, οι δορυφόροι επικοινωνίας και πλοήγησης, καθώς και οι διαστημικές αποστολές, αντιμετωπίζουν υψηλό εύρος ζώνης και χαμηλό χρονικό διάστημα επικοινωνίας (γνωστός και ως λανθάνων χρόνος).

Για δορυφόρους παρατήρησης της Γης και κατάσκοπους, το LEO είναι ακόμα αρκετά χαμηλό για να ρίξει μια καλή ματιά στην επιφάνεια της Γης και να επιλύσει μεγάλα αντικείμενα και μοτίβα καιρού στην επιφάνεια. Το υψόμετρο επιτρέπει επίσης γρήγορες τροχιακές περιόδους (λίγο περισσότερο από μία ώρα έως δύο ώρες), γεγονός που τους επιτρέπει να βλέπουν την ίδια περιοχή στην επιφάνεια πολλές φορές σε μια μέρα.

Και φυσικά, σε υψόμετρα μεταξύ 160 και 1000 χλμ. Από την επιφάνεια της Γης, τα αντικείμενα δεν υπόκεινται στην έντονη ακτινοβολία των ιμάντων Van Allen. Εν ολίγοις, το LEO είναι η απλούστερη, φθηνότερη και ασφαλέστερη τοποθεσία για την ανάπτυξη δορυφόρων, διαστημικών σταθμών και διαστημικών αποστολών.

Ζητήματα με τα διαστημικά συντρίμμια:

Λόγω της δημοτικότητάς του ως προορισμών για δορυφόρους και διαστημικές αποστολές, και με την αύξηση των διαστημικών εκτοξεύσεων τις τελευταίες δεκαετίες, το LEO καθίσταται επίσης ολοένα και περισσότερο γεμάτο με διαστημικά συντρίμμια. Αυτό παίρνει τη μορφή απορριμμένων σταδίων πυραύλων, δορυφόρων που δεν λειτουργούν και συντρίμμια που δημιουργούνται από συγκρούσεις μεταξύ μεγάλων κομματιών συντριμμιών.

Η ύπαρξη αυτού του πεδίου συντριμμιών στο LEO οδήγησε σε αυξανόμενη ανησυχία τα τελευταία χρόνια, καθώς οι συγκρούσεις σε υψηλές ταχύτητες μπορεί να είναι καταστροφικές για τις διαστημικές αποστολές. Και με κάθε σύγκρουση, δημιουργούνται πρόσθετα συντρίμμια, δημιουργώντας έναν καταστροφικό κύκλο γνωστό ως Kessler Effect - το οποίο πήρε το όνομά του από τον επιστήμονα της NASA Donald J. Kessler, ο οποίος το πρότεινε για πρώτη φορά το 1978.

Το 2013, η NASA υπολόγισε ότι μπορεί να υπάρχουν έως και 21.000 κομμάτια σκουπιδιών μεγαλύτερα από 10 cm, 500.000 σωματίδια μεταξύ 1 και 10 cm και περισσότερα από 100 εκατομμύρια μικρότερα από 1 cm. Ως αποτέλεσμα, τις τελευταίες δεκαετίες, έχουν ληφθεί πολλά μέτρα για την παρακολούθηση, την πρόληψη και τον μετριασμό των διαστημικών συντριμμάτων και συγκρούσεων.

Για παράδειγμα, το 1995, η NASA έγινε ο πρώτος διαστημικός οργανισμός στον κόσμο που εξέδωσε μια σειρά ολοκληρωμένων κατευθυντήριων γραμμών σχετικά με τον τρόπο άμβλυνσης των τροχιακών συντριμμιών. Το 1997, η κυβέρνηση των ΗΠΑ αντέδρασε αναπτύσσοντας τις Πρότυπες πρακτικές για τον περιορισμό των τροχιακών συντριμμιών, βάσει των κατευθυντήριων γραμμών της NASA.

Η NASA δημιούργησε επίσης το Γραφείο Προγραμμάτων Ορμπιακών Συντριμμιών, το οποίο συντονίζεται με άλλα ομοσπονδιακά τμήματα για την παρακολούθηση διαστημικών συντριμμιών και την αντιμετώπιση διαταραχών που προκαλούνται από συγκρούσεις. Επιπλέον, το Δίκτυο Διαστημικής Επιτήρησης των ΗΠΑ παρακολουθεί επί του παρόντος περίπου 8.000 αντικείμενα σε τροχιά που θεωρούνται κίνδυνοι σύγκρουσης και παρέχει συνεχή ροή δεδομένων τροχιάς σε διάφορες υπηρεσίες.

Το Διαστημικό Γραφείο Διαστήματος της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA) διατηρεί επίσης τη βάση δεδομένων και το σύστημα πληροφοριών που χαρακτηρίζει αντικείμενα στο διάστημα (DISCOS), το οποίο παρέχει πληροφορίες σχετικά με λεπτομέρειες εκτόξευσης, ιστορικά τροχιάς, φυσικές ιδιότητες και περιγραφές αποστολής για όλα τα αντικείμενα που παρακολουθούνται επί του παρόντος από τον ESA. Αυτή η βάση δεδομένων είναι διεθνώς αναγνωρισμένη και χρησιμοποιείται από σχεδόν 40 πρακτορεία, οργανισμούς και εταιρείες παγκοσμίως.

Για πάνω από 70 χρόνια, το Low-Earth Orbit ήταν η παιδική χαρά της ανθρώπινης διαστημικής ικανότητας. Περιστασιακά, έχουμε βγει έξω από την παιδική χαρά και πιο μακριά στο Ηλιακό Σύστημα (και ακόμη και πέρα). Τις επόμενες δεκαετίες, αναμένεται να πραγματοποιηθεί περισσότερη δραστηριότητα στο LEO, το οποίο περιλαμβάνει την ανάπτυξη περισσότερων δορυφόρων, κύβων, συνεχιζόμενων δραστηριοτήτων στο ISS, ακόμη και του αεροδιαστημικού τουρισμού.

Περιττό να πούμε, αυτή η αύξηση της δραστηριότητας θα απαιτήσει να κάνουμε κάτι για όλα τα σκουπίδια που διαπερνούν τις διαστημικές λωρίδες. Με περισσότερα διαστημικά γραφεία, ιδιωτικές αεροδιαστημικές εταιρείες και άλλους συμμετέχοντες που θέλουν να επωφεληθούν από το LEO, θα πρέπει να πραγματοποιηθεί κάποια σοβαρή εκκαθάριση. Και ορισμένα πρόσθετα πρωτόκολλα θα πρέπει σίγουρα να αναπτυχθούν για να βεβαιωθείτε ότι παραμένει καθαρό.

Έχουμε γράψει πολλά ενδιαφέροντα άρθρα σχετικά με την τροχιά της Γης εδώ στο Space Magazine. Εδώ είναι ποια είναι η τροχιά της Γης ;, Πόσο ψηλά είναι το διάστημα ;, Πόσοι δορυφόροι βρίσκονται στο διάστημα ;, Τα βόρεια και νότια φώτα - Τι είναι η αυγή; και ποιος είναι ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός;

Εάν θέλετε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη χαμηλή τροχιά της Γης, ρίξτε μια ματιά στους τύπους τροχιάς από τον ιστότοπο της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος. Επίσης, ακολουθεί ένας σύνδεσμος για το άρθρο της NASA σχετικά με τη χαμηλή τροχιά της Γης.

Καταγράψαμε επίσης ένα ολόκληρο επεισόδιο του Astronomy Cast σχετικά με το Getting Around the Solar System. Ακούστε εδώ, επεισόδιο 84: Περιήγηση στο ηλιακό σύστημα.

Πηγές: