Sākot ar pagājušā gadsimta piecdesmitajiem gadiem ar Sputnik, Vostok un Mercury programmām, cilvēki sāka “slīdēt uz Zemes dīvainajām saitēm”. Un kādu laiku visas mūsu misijas bija tā sauktā Zema Zemes orbīta (LEO). Laika gaitā ar Apollo misijām un kosmiskajām misijām, kurās iesaistīti robotizēti kosmosa kuģi (piemēram, Voyager misijas), mēs sākām riskēt tālāk, sasniedzot Mēnesi un citas Saules sistēmas planētas.
Bet lielākoties lielākais vairums misiju kosmosā gadu gaitā - neatkarīgi no tā, vai tās ir apkalpes locekles vai nav pieskrūvētas - ir bijušas zemas Zemes orbītā. Tieši šeit atrodas Zemes plašais sakaru, navigācijas un militāro pavadoņu klāsts. Un tieši šeit savu darbību veic Starptautiskā kosmosa stacija (ISS), uz kuru arī šodien dodas lielākā daļa apkalpoto misiju. Tātad, kas ir LEO, un kāpēc mēs tik vēlamies sūtīt lietas uz turieni?
Definīcija:
Tehniski objekti zemas Zemes orbītā atrodas 160 līdz 2000 km (99 līdz 1200 jūdzes) augstumā virs Zemes virsmas. Jebkurš objekts, kas atrodas zem šī augstuma, cietīs no orbītas sabrukšanas un ātri nolaidīsies atmosfērā, vai nu sadegjot, vai sabrūkot virsmai. Objektiem, kas atrodas šajā augstumā, orbitālais periods (t.i., laiks, kas vajadzīgs, lai vienreiz tos orbītu uz Zemes) būtu no 88 līdz 127 minūtēm.
Objekti, kas atrodas zemas Zemes orbītā, ir pakļauti atmosfēras vilkšanai, jo tie joprojām atrodas Zemes atmosfēras augšējos slāņos - īpaši termosfērā (80–500 km; 50–310 jūdzes), turpat pauzē (500–1000 km; 310–). 620 jūdzes) un eksosfēra (1000 km; 620 jūdzes un tālāk). Jo augstāka ir objekta orbīta, jo zemāks ir atmosfēras blīvums un velciet.
Tomēr tālāk par 1000 km (620 jūdzēm) objekti tiks pakļauti Zemes Van Allena radiācijas jostām - lādētu daļiņu zonai, kas sniedzas 60 000 km attālumā no Zemes virsmas. Šajās jostās Zemes magnētiskais lauks ir ieslodzījis Saules vēju un kosmiskos starus, kas rada atšķirīgu starojuma līmeni. Tāpēc misijas LEO mērķis ir attieksme no 160 līdz 1000 km (99 līdz 620 jūdzes).
Raksturojums:
Termosfēras, termopauzes un eksosfēras atmosfēras apstākļi atšķiras. Piemēram, termosfēras lejasdaļā (no 80 līdz 550 kilometriem; no 50 līdz 342 jūdzēm) ir jonosfēra, kas ir tā dēvētā, jo tieši atmosfērā daļiņas tiek jonizētas ar saules starojumu. Tā rezultātā jebkuram kosmosa kuģim, kas riņķo šajā atmosfēras daļā, jāspēj izturēt UV un cietā jonu starojuma līmeņi.
Temperatūra šajā reģionā palielinās arī līdz ar augstumu, kas ir saistīts ar ārkārtīgi zemu tā molekulu blīvumu. Tātad, kaut arī temperatūra termosfērā var paaugstināties līdz 1500 ° C (2700 ° F), gāzes molekulu atstatums nozīmē, ka tā nejutīsies karsta cilvēkam, kurš bija tiešā kontaktā ar gaisu. Tāpat šajā augstumā notiek parādības, kas pazīstamas kā Aurora Borealis un Aurara Australis.
Exosfēra, kas ir Zemes atmosfēras visattālākais slānis, sniedzas no eksobāzes un saplūst ar kosmosa tukšumu, kur nav atmosfēras. Šo slāni galvenokārt veido ārkārtīgi zems ūdeņraža, hēlija un vairāku smagāku molekulu blīvums, ieskaitot slāpekli, skābekli un oglekļa dioksīdu (kas ir tuvāk eksobiāzei).
Lai uzturētu zemas Zemes orbītu, objektam jābūt pietiekamam orbītas ātrumam. Objektiem, kas atrodas vismaz 150 km augstumā, jāuztur orbītas ātrums 7,8 km (4,84 jūdzes) sekundē (28,130 km / h; 17,480 jūdzes stundā). Tas ir nedaudz mazāks par evakuācijas ātrumu, kas vajadzīgs iekļūšanai orbītā, kas ir 11,3 kilometri (7 jūdzes) sekundē (40 680 km / h; 25277 mph).
Neskatoties uz to, ka smaguma spēks LEO nav mazāks par Zemes virsmu (aptuveni 90%), cilvēki un objekti orbītā atrodas pastāvīgā brīvā kritiena stāvoklī, kas rada bezsvara sajūtu.
LEO lietojumi:
Šajā kosmosa izpētes vēsturē lielais vairums cilvēku misiju ir bijuši Zemas Zemes orbītā. Starptautiskā kosmosa stacija riņķo arī LEO robežās starp 320 un 380 km (200 un 240 jūdzes) augstumu. Un LEO ir vieta, kur tiek dislocēts un uzturēts vairums mākslīgo satelītu. Iemesli tam ir diezgan vienkārši.
Pirmkārt, raķešu un kosmisko vilcienu izvietošanai augstumā virs 1000 km (610 jūdzēm) būtu nepieciešams ievērojami vairāk degvielas. LEO iekšienē sakaru un navigācijas satelīti, kā arī kosmosa misijas piedzīvo lielu joslas platumu un nelielu komunikācijas laika nobīdi (pazīstama arī kā latentums).
Zemes novērošanai un spiegu satelītiem LEO joprojām ir pietiekami zems, lai labi apskatītu Zemes virsmu un atrisinātu lielus objektus un laika apstākļus uz virsmas. Augstums arī ļauj ātri sasniegt orbītas periodus (nedaudz vairāk par stundu līdz divām stundām), kas viņiem ļauj vienā un tajā pašā reģionā vairākas reizes aplūkot virsmu.
Un, protams, augstumā no 160 līdz 1000 km no Zemes virsmas objekti nav pakļauti intensīvam Van Allena jostu starojumam. Īsāk sakot, LEO ir vienkāršākā, lētākā un drošākā vieta satelītu, kosmosa staciju un apkalpes kosmosa misiju izvietošanai.
Kosmosa atlieku problēmas:
Tā kā tā ir populāra kā satelītu un kosmosa misiju galamērķi, kā arī sakarā ar to, ka pēdējās desmitgadēs ir pieaugusi kosmosa atklāšana, LEO aizvien vairāk kļūst sastrēgusi ar kosmosa gružiem. Tas izpaužas kā izmestas raķešu stadijas, nefunkcionējoši satelīti un gruveši, ko rada sadursmes starp lieliem gružu gabaliem.
Šī atlūzu lauka pastāvēšana LEO pēdējos gados ir izraisījusi arvien lielākas bažas, jo liela ātruma sadursmes var būt katastrofālas kosmosa misijās. Un ar katru sadursmi tiek izveidoti papildu gruži, veidojot destruktīvu ciklu, kas pazīstams kā Kesslera efekts - kas nosaukts NASA zinātnieka Donalda J. Kesera vārdā, kurš pirmo reizi to ierosināja 1978. gadā.
NASA aprēķināja, ka 2013. gadā var būt pat 21 000 bitu junk, kas lielāki par 10 cm, 500 000 daļiņu no 1 līdz 10 cm un vairāk nekā 100 miljoni mazāku par 1 cm. Tā rezultātā pēdējās desmitgadēs ir veikti daudzi pasākumi, lai uzraudzītu, novērstu un mazinātu kosmosa atlūzas un sadursmes.
Piemēram, 1995. gadā NASA kļuva par pirmo kosmosa aģentūru pasaulē, kas izdeva visaptverošu vadlīniju kopumu, kā mazināt orbītas atlūzas. 1997. gadā ASV valdība reaģēja, izstrādājot Orbitālo gružu mazināšanas standarta praksi, pamatojoties uz NASA vadlīnijām.
NASA ir arī izveidojusi Orbitālo atlūzu programmas biroju, kas koordinē darbību ar citiem federālajiem departamentiem, lai uzraudzītu kosmosa atlūzas un risinātu traucējumus, ko rada sadursmes. Turklāt ASV kosmosa novērošanas tīkls šobrīd uzrauga aptuveni 8000 objektus, kas riņķo apkārt orbītā, kurus uzskata par sadursmes draudiem, un nodrošina nepārtrauktu orbītas datu plūsmu dažādām aģentūrām.
Eiropas Kosmosa aģentūras (ESA) Kosmosa atkritumu gružu birojs arī uztur datu bāzi un informācijas sistēmu, kas raksturo objektus kosmosā (DISCOS), kas sniedz informāciju par palaišanas detaļām, orbītas vēsturi, fizikālajām īpašībām un misiju aprakstiem visiem objektiem, kurus pašlaik izseko ESA. Šī datu bāze ir starptautiski atzīta, un to izmanto gandrīz 40 aģentūras, organizācijas un uzņēmumi visā pasaulē.
Vairāk nekā 70 gadus Zema Zemes orbīta ir bijusi cilvēka kosmosa spēju spēles laukums. Reizēm mēs esam uzdrošinājušies ārpus rotaļu laukuma un tālāk Saules sistēmā (un pat ārpus tās). Paredzams, ka nākamajās desmitgadēs LEO notiks vēl daudz vairāk aktivitāšu, kas ietver vairāk satelītu, kubiksatu izvietošanu, turpinātu darbību ISS un pat kosmisko tūrismu.
Lieki piebilst, ka šis aktivitātes pieaugums prasīs, lai mēs kaut ko darītu attiecībā uz visu nevēlamo, kas caurstrāvo kosmosa joslas. Tā kā būs vairāk kosmosa aģentūru, privātu aviācijas uzņēmumu un citu dalībnieku, kas vēlas izmantot LEO priekšrocības, būs jāveic nopietna tīrīšana. Un noteikti būs jāizstrādā daži papildu protokoli, lai pārliecinātos, ka tas paliek tīrs.
Mēs esam uzrakstījuši daudz interesantu rakstu par Zemes riņķošanu šeit, žurnālā Space. Lūk, kāda ir Zemes orbīta? Cik augsts ir kosmoss? Cik kosmosa ir kosmosā ?, Ziemeļu un dienvidu gaisma - kas ir aurora? un kas ir Starptautiskā kosmosa stacija?
Ja vēlaties iegūt vairāk informācijas par zemu Zemes orbītu, pārbaudiet orbītas veidus Eiropas Kosmosa aģentūras vietnē. Šeit ir arī saite uz NASA rakstu par zemas Zemes orbītu.
Mēs esam ierakstījuši arī veselu astronomijas epizodi, kas saistīti ar Saules sistēmas pārvietošanos. Klausieties šeit, epizode 84: Pārvietošanās uz Saules sistēmu.
Avoti:
- NASA - Kas ir Orbīta?
- ESA - orbītas veidi
- Wikipedia - zemas Zemes orbīta
- Kosmosa nākotne - nokļūšana zemas Zemes orbītā
