VAD äR LåG JORDBANA?

Send

Från och med 1950-talet med Sputnik-, Vostok- och Mercury-programmen började människor att "glida jordens känsliga bindningar". Och under en tid var alla våra uppdrag det som kallas Low-Earth Orbit (LEO). Med tiden, med Apollo-uppdragen och djupa rymdsuppdrag som involverar robot rymdskepp (som Voyager-uppdrag), började vi våga oss bortom och nå månen och andra planeter i solsystemet.

Men i stort sett har de allra flesta uppdrag till rymden under åren - oavsett om de besättas eller är besatta - till Low-Earth Orbit. Det är här jordens enorma mängd kommunikations-, navigations- och militära satelliter bor. Och det är här som den internationella rymdstationen (ISS) bedriver sin verksamhet, vilket också är där majoriteten av besättningsuppdragen idag går. Så vad är LEO och varför är vi så avsikt att skicka saker dit?

Definition:

Tekniskt sett ligger objekt i låg jordbana på en höjd mellan 160 till 2000 km (99 till 1200 mi) över jordytan. Varje objekt under denna höjd kommer att vara att drabbas av omloppsbana och kommer snabbt att gå ner i atmosfären, antingen brinna upp eller krascha på ytan. Objekt i denna höjd har också en omloppsperiod (dvs den tid det kommer att ta dem att kretsa runt jorden en gång) på mellan 88 och 127 minuter.

Föremål som befinner sig i en jordbana med låg jord utsätts för atmosfäriskt drag eftersom de fortfarande ligger inom de övre skikten av jordens atmosfär - speciellt termosfären (80 - 500 km; 50 - 310 mi), theremopause (500–1000 km; 310– 620 mi) och exosfären (1000 km; 620 mi, och därefter). Ju högre objektets bana, desto lägre är den 1 atmosfäriska densiteten och dra.

Men bortom 1000 km (620 mi) kommer objekt att underkastas jordens Van Allen-strålningsbälten - en zon med laddade partiklar som sträcker sig till ett avstånd av 60 000 km från jordens yta. I dessa bälten har solvind och kosmiska strålar fångats av jordens magnetfält, vilket leder till varierande strålningsnivåer. Därför varför uppdrag till LEO syftar till attityder mellan 160 till 1000 km (99 till 620 mi).

Kännetecken:

Inom termosfären, termopausen och exosfären varierar atmosfäriska förhållanden. Till exempel innehåller den nedre delen av termosfären (från 80 till 550 kilometer; 50 till 342 mi) jonosfären, som är så kallad eftersom det här är i atmosfären att partiklar joniseras av solstrålning. Som ett resultat måste varje rymdskepp som kretsar inom denna del av atmosfären kunna motstå nivåerna av UV- och hårdjonstrålning.

Temperaturen i detta område ökar också med höjden, vilket beror på den extremt låga densiteten för dess molekyler. Så medan temperaturer i termosfären kan stiga så högt som 1500 ° C (2700 ° F), betyder avståndet mellan gasmolekylerna att det inte kändes varmt för en människa som var i direktkontakt med luften. Det är också i denna höjd som fenomen som kallas Aurora Borealis och Aurara Australis är kända för att äga rum.

Exosfären, som är det yttersta lagret av jordens atmosfär, sträcker sig från exobasen och smälter samman med det tomma rummet, där det inte finns någon atmosfär. Detta skikt består huvudsakligen av extremt låga tätheter av väte, helium och flera tyngre molekyler inklusive kväve, syre och koldioxid (som är närmare exobaset).

För att upprätthålla en låg jordbana måste ett objekt ha en tillräcklig omloppshastighet. För föremål på en höjd av 150 km och högre måste en orbitalhastighet på 7,8 km (4,84 mi) per sekund (28,130 km / h; 17,480 mph) bibehållas. Detta är något mindre än flyghastigheten som behövs för att komma in i bana, som är 11,3 kilometer (7 mil) per sekund (40 680 km / h; 25277 mph).

Trots att gravitationen i LEO inte är betydligt mindre än på jordens yta (cirka 90%) befinner sig människor och föremål i omloppsbana i ett konstant tillstånd av fritt fall, vilket skapar känslan av viktlöshet.

Användningar av LEO:

I denna historia av rymdutforskning har den stora majoriteten av mänskliga uppdrag varit till Low Earth Orbit. Den internationella rymdstationen går också i LEO, mellan 320 och 380 km (200 och 240 mi). Och LEO är där majoriteten av konstgjorda satelliter distribueras och underhålls. Skälen till detta är ganska enkla.

För det första skulle utplaceringen av raketer och rymdfärjor till höjder över 1000 km (610 mi) kräva betydligt mer bränsle. Och inom LEO upplever kommunikations- och navigationssatelliter, såväl som rymduppdrag, hög bandbredd och låg kommunikationstidsfördröjning (aka latens).

För jordobservations- och spionsatelliter är LEO fortfarande tillräckligt låg för att titta på jordens yta och lösa stora föremål och vädermönster på ytan. Höjden möjliggör också snabba omloppsperioder (lite över en timme till två timmar lång), vilket gör att de kan se samma region på ytan flera gånger på en enda dag.

Och naturligtvis, i höjder mellan 160 och 1000 km från jordens yta, är föremål inte utsatta för den intensiva strålningen från Van Allen-bälten. Kort sagt, LEO är den enklaste, billigaste och säkraste platsen för utplacering av satelliter, rymdstationer och besättningsutrymmen.

Problem med rymdavfall:

På grund av dess popularitet som destinationer för satelliter och rymduppdrag, och med ökningar av rymdfarkoster under de senaste decennierna, blir LEO också allt mer överbelastat med rymdskräp. Detta har formen av kasserade raketsteg, icke-fungerande satelliter och skräp skapade av kollisioner mellan stora bitar av skräp.

Förekomsten av detta skräpfält i LEO har lett till ökande oro under de senaste åren, eftersom kollisioner med hög hastighet kan vara katastrofala för rymdsuppdrag. Och med varje kollision skapas ytterligare skräp, vilket skapar en destruktiv cykel känd som Kessler-effekten - som är uppkallad efter NASA-forskaren Donald J. Kessler, som först föreslog den 1978.

2013 uppskattade NASA att det kan finnas så mycket som 21 000 bitar med skräp som är större än 10 cm, 500 000 partiklar mellan 1 och 10 cm och mer än 100 miljoner mindre än 1 cm. Som ett resultat har de senaste decennierna vidtagits flera åtgärder för att övervaka, förebygga och mildra rumsskräp och kollisioner.

Till exempel blev NASA 1995 den första rymdbyrån i världen som utfärdade en uppsättning övergripande riktlinjer för hur man kan mildra kretslopp. 1997 svarade den amerikanska regeringen genom att utveckla Orbital Debris Mitigation Standard Practices, baserat på NASA: s riktlinjer.

NASA har också inrättat Orbital Debris Program Office, som samordnar med andra federala avdelningar för att övervaka rymdskräp och hantera störningar orsakade av kollisioner. Dessutom övervakar det amerikanska rymdövervakningsnätverket för närvarande cirka 8000 omloppsobjekt som betraktas som kollisionsrisker och ger ett kontinuerligt flöde av omloppsdata till olika myndigheter.

Europeiska rymdorganisationens (ESA) Space Debris Office upprätthåller också databas- och informationssystemet som karakteriserar objekt i rymden (DISCOS), som ger information om lanseringsdetaljer, omloppshistorier, fysiska egenskaper och uppdragsbeskrivningar för alla objekt som för närvarande spåras av ESA. Denna databas är internationellt erkänd och används av nästan 40 byråer, organisationer och företag världen över.

I över 70 år har Low-Earth Orbit varit lekplatsen för mänsklig rymdförmåga. Ibland har vi vågat bortom lekplatsen och längre ut i solsystemet (och till och med bortom). Under de kommande decennierna förväntas mycket mer aktivitet äga rum i LEO, som inkluderar utplacering av fler satelliter, kubikvatten, fortsatt verksamhet ombord på ISS och till och med flyg- och rymdturism.

Naturligtvis kommer denna ökning av verksamheten att kräva att vi gör något åt allt skräp som genomsyrar rymdbanorna. Med fler rymdbyråer, privata flyg- och rymdföretag och andra deltagare som vill dra nytta av LEO, måste någon allvarlig sanering äga rum. Och några extra protokoll måste säkert utvecklas för att se till att det förblir rent.

Vi har skrivit många intressanta artiklar om kretslopp om jorden här på Space Magazine. Här är Vad är jordens omloppsbana?, Hur högt är rymden?, Hur många satelliter är i rymden?, Nord- och södra ljuset - Vad är en Aurora? och vad är den internationella rymdstationen?

Om du vill ha mer information om låg jordbana kan du kolla in typer av bana från webbplatsen för Europeiska rymdorganisationen. Här är också en länk till NASAs artikel om Low Earth Orbit.

Vi har också spelat in ett helt avsnitt av Astronomy Cast som handlar om att komma runt solsystemet. Lyssna här, avsnitt 84: Ta sig runt solsystemet.

källor: