MIKä ON MATALAN MAAN KIERTORATA?

Send

Ihmiset alkoivat 1950-luvulta alkaen Sputnik-, Vostok- ja Mercury-ohjelmilla ”liukastaa maan matalia siteitä”. Ja jonkin aikaa kaikki operaatiomme olivat niin kutsuttua Low-Earth Orbit (LEO). Ajan myötä Apollon ja syvän avaruuden tehtävissä, joihin osallistui robotti avaruusaluksia (kuten Voyager-tehtävät), aloimme lähteä venemään yli, saavuttaen Kuun ja muut aurinkokunnan planeetat.

Mutta suurin osa suurimmasta osasta avaruuteen tehtäviä matkoja vuosien varrella - olipa kyse miehistöstä tai auki - on käynyt Maanpäällisellä kiertoradalla. Juuri täällä maapallon suuri joukko viestintää, navigointia ja sotilaallisia satelliitteja asuu. Ja juuri täällä kansainvälinen avaruusasema (ISS) hoitaa toimintansa, ja myös suurin osa miehitetyistä operaatioista menee tänään. Joten mikä on LEO ja miksi aiomme lähettää asioita sinne?

Määritelmä:

Maan kiertoradalla olevat esineet ovat teknisesti 160–2000 km (99–1200 mi) korkeudella maan pinnan yläpuolella. Kaikki tämän korkeuden alapuolella olevat esineet kärsivät kiertoradan rappeutumisesta ja laskeutuvat nopeasti ilmakehään joko polttaen tai kaatuessaan pinnalle. Tällä korkeudella olevien esineiden kiertorata-aika (ts. Aika, joka kuluu niiden kiertämiseen kerran maapallolla) on 88 - 127 minuuttia.

Kohteet, jotka ovat maapallon maapallon kiertoradalla, altistetaan ilmakehän hidastumiselle, koska ne ovat edelleen maapallon ilmakehän ylemmissä kerroksissa - erityisesti termosfäärin (80–500 km; 50–310 mailia), hiukan (500–1000 km; 310–) 620 mi) ja eksosfääri (1000 km; 620 mi ja sen jälkeen). Mitä korkeampi kohteen kiertorata on, sitä pienempi on 1 ilmakehän tiheys ja vedä.

Yli 1000 km: n (620 mi) etäisyydeltä esineet altistuvat kuitenkin maan Van Allen-säteilyvyölle - varautuneiden hiukkasten vyöhykkeelle, joka ulottuu 60 000 km: n etäisyydelle maan pinnasta. Näissä vyöissä auringon tuuli ja kosmiset säteet ovat jääneet Maan magneettikentän ulkopuolelle, mikä johtaa vaihteleviin säteilytasoihin. Siksi miksi LEO-virkamatkat pyrkivät asenteisiin välillä 160–1000 km (99–620 mailia).

Ominaisuudet:

Lämpökehässä, lämpöpausissa ja eksosfäärissä ilmakehän olosuhteet vaihtelevat. Esimerkiksi termosfäärin alaosa (80 - 550 km; 50 - 342 mi) sisältää ionosfäärin, joka on niin kutsuttu, koska juuri tässä ilmakehässä hiukkaset ionisoituvat auringon säteilyllä. Tämän seurauksena kaikkien ilmakehän tällä alueella kiertävien avaruusalusten on kyettävä kestämään UV- ja kova-ionien säteilytasot.

Tämän alueen lämpötilat nousevat myös korkeuden myötä, mikä johtuu sen molekyylien erittäin matalasta tiheydestä. Joten vaikka lämpötilat termosfäärissä voivat nousta jopa 1500 ° C (2700 ° F), kaasumolekyylien välimatka tarkoittaa, että se ei tunne kuumaa ihmiselle, joka oli suorassa kosketuksessa ilman kanssa. Aurora Borealiksena ja Aurara Australisina tunnettujen ilmiöiden tiedetään tapahtuvan tällä korkeudella.

Exosfääri, joka on maapallon ilmakehän uloin kerros, ulottuu eksobaasista ja sulautuu ulkoavaruuden tyhjyyteen, missä ei ole ilmakehää. Tämä kerros koostuu pääasiassa erittäin matalasta vedyn, heliumin ja useiden raskaampien molekyylien, mukaan lukien typen, hapen ja hiilidioksidin, tiheyksistä (jotka ovat lähempänä eksobaasia).

Matalan maan kiertoradan ylläpitämiseksi esineellä on oltava riittävä kiertonopeus. Kohteissa, jotka sijaitsevat vähintään 150 km korkeudessa, kiertorata on oltava 7,8 km sekunnissa (28130 km / h; 17,480 mph). Tämä on hiukan pienempi kuin kiertoradalle pääsemiseksi tarvittava poistumisnopeus, joka on 11,3 km (7 mailia) sekunnissa (40 680 km / h; 25277 mph).

Huolimatta siitä, että LEO: n vetovoima ei ole merkittävästi pienempi kuin maan pinnalla (noin 90%), kiertoradalla olevat ihmiset ja esineet ovat jatkuvassa vapaassa pudotustilassa, mikä luo painottomuuden tunteen.

LEO: n käyttötavat:

Tässä avaruustutkimuksen historiassa suurin osa ihmisen tehtävistä on käynyt maapallon kiertoradalla. Kansainvälinen avaruusasema kiertää myös LEOssa 320 - 380 km (200 ja 240 mi) välillä. Ja LEO on paikka, jossa suurin osa keinotekoisista satelliiteista otetaan käyttöön ja ylläpidetään. Syyt tähän ovat melko yksinkertaiset.

Yhden osalta rakettien ja avaruuskuljetusten sijoittaminen yli 1000 km: n (610 mi) korkeuteen vaatisi huomattavasti enemmän polttoainetta. Ja LEO: n sisällä viestintä- ja navigointisatelliitit sekä avaruusoperaatiot kokevat suuren kaistanleveyden ja pienen tiedonsiirtoajan (alias latenssi).

Maan havainnointia ja vakooja-satelliitteja varten LEO on edelleen riittävän alhainen saadakseen hyvän kuvan maan pinnasta ja ratkaisemaan pinnalla olevat suuret esineet ja sääkuviot. Korkeus mahdollistaa myös nopeat kiertoratajaksot (hiukan yli tunnin - kahden tunnin pituiset), mikä antaa heille mahdollisuuden nähdä saman alueen pinnalla useita kertoja yhdessä päivässä.

Ja tietenkin, esineistä, jotka sijaitsevat 160–1000 km: n päässä maan pinnasta, ei ole alttiina Van Allen -vyöhykkeiden voimakkaalle säteilylle. Lyhyesti sanottuna LEO on yksinkertaisin, halvin ja turvallisin paikka satelliittien, avaruusasemien ja miehitettyjen avaruusoperaatioiden lähettämiseen.

Avaruusjätteiden ongelmat:

Koska LEO on suosittu satelliittien ja avaruustehtävien kohteina, ja koska avaruuslaitteiden laukaisu on lisääntynyt viime vuosikymmeninä, LEO on myös yhä ruuhkautuneempi avaruusjätteiden kanssa. Tämä tapahtuu hylättyjen rakettivaiheiden, toimimattomien satelliittien ja suurten roskien välisten törmäysten aiheuttamien roskien muodossa.

Tämän roskikentän olemassaolo LEO: ssa on johtanut kasvavaan huolenaiheeseen viime vuosina, koska suurten nopeuksien törmäykset voivat olla katastrofaalisia avaruusoperaatioissa. Ja jokaisessa törmäyksessä syntyy ylimääräisiä roskia, jotka luovat tuhoavan syklin, joka tunnetaan nimellä Kessler Effect - joka on nimetty NASA: n tutkijan Donald J. Kesslerin mukaan, joka ehdotti sitä ensimmäisen kerran vuonna 1978.

Vuonna 2013 NASA arvioi, että siellä voi olla jopa 21 000 bittiä roskaa, joka on suurempi kuin 10 cm, 500 000 hiukkasia, joiden koko on 1–10 cm, ja yli 100 miljoonaa pienempää kuin 1 cm. Seurauksena on, että viime vuosikymmeninä on toteutettu lukuisia toimenpiteitä avaruusjätteiden ja törmäysten seuraamiseksi, estämiseksi ja lieventämiseksi.

Esimerkiksi vuonna 1995 NASA: sta tuli ensimmäinen avaruusjärjestö maailmassa, joka antoi joukon kattavia ohjeita kiertoradan roskien vähentämiseksi. Vuonna 1997 Yhdysvaltain hallitus vastasi kehittämällä NASA: n ohjeiden pohjalta Orbital De rosten lieventämisen standardikäytäntöjä.

NASA on myös perustanut Orbital Debris Program Office -toimiston, joka koordinoi muiden liittovaltion osastojen kanssa valvoakseen avaruusjätteitä ja käsittelemään törmäysten aiheuttamia häiriöitä. Lisäksi Yhdysvaltain avaruusseurantaverkko tarkkailee tällä hetkellä noin 8000 kiertoradalla olevaa kohdetta, joita pidetään törmäysvaarana, ja tarjoaa jatkuvan kiertoradan tiedon virtaamiseen eri virastoihin.

Euroopan avaruusjärjestön (ESA) avaruusjätteiden toimisto ylläpitää myös avaruusaluksia sisältäviä esineitä koskevaa tietokantaa ja tietojärjestelmää (DISCOS), joka tarjoaa tietoja kaikkien ESA: n parhaillaan jäljittämien kohteiden käynnistystiedoista, kiertoradan historiasta, fyysisistä ominaisuuksista ja tehtävien kuvauksista. Tämä tietokanta on kansainvälisesti tunnustettu ja sitä käyttää lähes 40 virastoa, organisaatiota ja yritystä ympäri maailmaa.

Low-Earth Orbit on jo yli 70 vuoden ajan ollut ihmisten avaruuskyvyn leikkipaikka. Toisinaan olemme uskaltautuneet leikkikentän ulkopuolelle ja kauempana aurinkokuntaan (ja jopa sen ulkopuolelle). Tulevina vuosikymmeninä LEO: ssa odotetaan tapahtuvan paljon enemmän toimintaa, johon sisältyy lisää satelliitteja, kuutiota, jatkuva toiminta ISS: llä ja jopa ilmailualan matkailu.

Sanomattakin on selvää, että tämä aktiviteetin lisääntyminen edellyttää, että teemme jotain kaikesta avaruuskaistaa läpäisevästä roskasta. Jos useampia avaruusjärjestöjä, yksityisiä ilmailu- ja avaruusalan yrityksiä ja muita osallistujia haluaa hyödyntää LEO: ta, on tehtävä vakavia puhdistuksia. Ja joitain lisäprotokollia on varmasti kehitettävä, jotta se pysyy puhtaana.

Olemme kirjoittaneet monia mielenkiintoisia artikkeleita Maan kiertämisestä täällä Space Magazine -lehdessä. Tässä on Mikä on maapallon kiertorata, kuinka korkea on avaruus? Kuinka monta satelliittia on avaruudessa ?, pohjois- ja etelävalot - mikä on aurora? ja mikä on kansainvälinen avaruusasema?

Jos haluat lisätietoja matalasta Maan kiertoradalta, tutustu kiertotyyppeihin Euroopan avaruusjärjestön verkkosivustolla. Tässä on myös linkki NASAn artikkeliin Low Earth Orbitista.

Olemme myös nauhoittaneet koko jakson tähtitiede-näyttelijöistä, jotka käsittelevät aurinkokunnan liikkumista. Kuuntele täällä, jakso 84: Liikkuminen aurinkokunnassa.

Lähteet: