begyndende i 1950 ‘ erne med Sputnik, Vostok og Mercury-programmerne begyndte mennesker at “glide jordens surly obligationer”. Og for en tid var alle vores missioner det, der er kendt som Lo.Earth Orbit (LEO). Over tid, med Apollo-missionerne og deep space-missioner, der omfatter robot-rumfartøjer (som Voyager missioner), vi begyndte at vove sig ud, nå Månen og andre planeter i solsystemet.
men stort set har langt de fleste missioner til rummet gennem årene – hvad enten de er bemandet eller ikke skruet – været i kredsløb med lav jord., Det er her, at Jordens enorme vifte af kommunikation, navigation og militære satellitter bor. Og det er her, at Den Internationale Rumstation (ISS) udfører sine operationer, hvilket også er, hvor størstedelen af besætnings missioner i dag går. Så hvad er LEO, og hvorfor er vi så opsat på at sende ting der?
Definition:
teknisk set er objekter i kredsløb med lav jord i en højde på mellem 160 til 2.000 km (99 til 1200 mi) over jordens overflade., Ethvert objekt under denne højde vil være at lide af orbital forfald og vil hurtigt falde ned i atmosfæren, enten brænder op eller styrter ned på overfladen. Objekter i denne højde har også en orbitalperiode (dvs.den tid det vil tage dem at bane jorden en gang) på mellem 88 og 127 minutter.
Objekter, der er i et lavt kredsløb om Jorden er genstand for det atmosfæriske træk, da de er stadig inden for de øverste lag af Jordens atmosfære – specielt thermosfæren (80 – 500 km, 50 – 310 mi), theremopause (500-1000 km; 310-620 mi), og exosphere (1000 km; 620 mi, og ud over). Jo højere objektets bane er, desto lavere er 1atmosfærisk tæthed og træk.,
ud over 1000 km (620 mi) vil objekter dog blive udsat for Jordens Van Allen – Strålebælter-en .one med ladede partikler, der strækker sig til en afstand på 60.000 km fra jordoverfladen. I disse bælter er solvind og kosmiske stråler blevet fanget af Jordens magnetfelt, hvilket fører til forskellige niveauer af stråling. Derfor hvorfor missioner til LEO sigter mod holdninger mellem 160 og 1000 km (99 til 620 mi).
egenskaber:
inden for termosfæren, termopausen og eksosfæren varierer atmosfæriske forhold., For eksempel indeholder den nedre del af termosfæren (fra 80 til 550 kilometer; 50 til 342 mi) ionosfæren, som er såkaldt, fordi det er her i atmosfæren, at partikler ioniseres af solstråling. Som et resultat skal ethvert rumfartøj, der kredser i denne del af atmosfæren, være i stand til at modstå niveauerne af UV-og hård ionstråling.
temperaturer i denne region øges også med højden, hvilket skyldes den ekstremt lave densitet af dets molekyler., Så mens temperaturer i termosfæren kan stige så højt som 1500.C (2700. f), betyder afstanden mellem gasmolekylerne, at det ikke ville føles varmt for et menneske, der var i direkte kontakt med luften. Det er også i denne højde, at fænomenerne kendt som Aurora Borealis og Aurara Australis er kendt for at finde sted.
eksosfæren, som er det yderste lag af Jordens atmosfære, strækker sig fra eksobasen og smelter sammen med det ydre rums tomhed, hvor der ikke er nogen atmosfære., Dette lag består hovedsageligt af ekstremt lave tætheder af hydrogen, helium og flere tungere molekyler, herunder nitrogen, ilt og kuldio .id (som er tættere på e .obasen).
for at opretholde en lav jordbane skal et objekt have en tilstrækkelig orbitalhastighed. For objekter i en højde på 150 km og derover skal en omløbshastighed på 7,8 km (4,84 mi) per sekund (28,130 km/t; 17,480 mph) opretholdes. Dette er lidt mindre end den flugthastighed, der er nødvendig for at komme i kredsløb, hvilket er 11, 3 kilometer (7 miles) per sekund (40.680 km/t; 25277 mph).,
På trods af at tyngdekraften i LEO ikke er signifikant mindre end på jordens overflade (cirka 90%), er mennesker og genstande i kredsløb i en konstant tilstand af frit fald, hvilket skaber følelsen af vægtløshed.
anvendelser af LEO:
i denne historie med rumforskning har langt de fleste menneskelige missioner været i lav jordbane. Den Internationale Rumstation kredser også i LEO, mellem en højde på 320 og 380 km (200 og 240 mi). Og LEO er, hvor størstedelen af kunstige satellitter er indsat og vedligeholdt., Årsagerne til dette er ret enkle.
for det første ville indsættelsen af raketter og rumfærger til højder over 1000 km (610 mi) kræve betydeligt mere brændstof. Og inden for LEO oplever kommunikations-og navigationssatellitter såvel som rummissioner høj båndbredde og lav kommunikationstidsforsinkelse (aka. latency).
for jordobservation og spionsatellitter er LEO stadig lav nok til at se godt på jordoverfladen og løse store genstande og vejrmønstre på overfladen., Højden giver også mulighed for hurtige orbitalperioder (lidt over en time til to timer lange), hvilket giver dem mulighed for at se det samme område på overfladen flere gange på en enkelt dag.
og selvfølgelig, i højder mellem 160 og 1000 km fra jordoverfladen, er objekter ikke udsat for den intense stråling af Van Allen-bælterne. Kort sagt, LEO er den enkleste, billigste og sikreste placering for indsættelse af satellitter, rumstationer, og bemandet rummissioner.,
problemer med rumrester:
På grund af dens popularitet som destinationer for satellitter og rummissioner, og med stigninger i rumlanceringer i de sidste par årtier bliver LEO også mere og mere overbelastet med rumaffald. Dette har form af kasserede raketfaser, ikke-fungerende satellitter og affald skabt af kollisioner mellem store stykker affald.eksistensen af dette affaldsfelt i LEO har ført til voksende bekymring i de senere år, da kollisioner ved høje hastigheder kan være katastrofale for rummissioner., Og med hver kollision oprettes yderligere affald, hvilket skaber en destruktiv cyklus kendt som Kessler – effekten-som er opkaldt efter NASA-videnskabsmand Donald J. Kessler, der først foreslog det i 1978.
I 2013, NASA skønnes, at der kan være så meget som 21,000 stumper af junk større end 10 cm, 500.000 af partikler mellem 1 og 10 cm, og mere end 100 millioner mindre end 1 cm. Som et resultat er der i de seneste årtier truffet adskillige foranstaltninger for at overvåge, forhindre og afbøde rumrester og kollisioner.,for eksempel blev NASA i 1995 det første rumfartsagentur i verden, der udstedte et sæt omfattende retningslinjer for, hvordan man mildner orbitalrester. I 1997 reagerede den amerikanske regering ved at udvikle Orbital Debris Mitigation Standard Practices, baseret på NASA retningslinjer.NASA har også oprettet Orbital Debris Program Office, der koordinerer med andre føderale afdelinger for at overvåge rumrester og håndtere forstyrrelser forårsaget af kollisioner., Derudover overvåger det amerikanske Rumovervågningsnetværk i øjeblikket omkring 8.000 kredsende objekter, der betragtes som kollisionsfarer, og giver en kontinuerlig strøm af kredsløbsdata til forskellige agenturer.
Den Europæiske rumfartsorganisation (ESA) rumskrot Kontor også fastholder Database-og informationssystem, der Karakteriserer Objekter i Rummet (DISKOTEKER), som giver oplysninger om lanceringen detaljer, orbital historier, fysiske egenskaber og mission beskrivelser for alle objekter i øjeblikket at blive sporet af ESA., Denne database er internationalt anerkendt og bruges af næsten 40 agenturer, organisationer og virksomheder over hele verden.
i over 70 år har kredsløb med lav jord været legepladsen for menneskelig rumkapacitet. Lejlighedsvis har vi vovet os ud over legepladsen og længere ud i solsystemet (og endda ud over). I de kommende årtier forventes en hel del mere aktivitet at finde sted i LEO, som inkluderer indsættelse af flere satellitter, cubesats, fortsatte operationer ombord på ISS og endda luftfartsturisme.,
naturligvis vil denne stigning i aktivitet kræve, at vi gør noget ved alt det skrammel, der gennemsyrer rumbanerne. Med flere rumbureauer, private rumfartsselskaber, og andre deltagere, der ønsker at drage fordel af LEO, nogle alvorlige oprydning bliver nødt til at finde sted. Og nogle yderligere protokoller skal helt sikkert udvikles for at sikre, at det forbliver rent.
Vi har skrevet mange interessante artikler om kredsende jorden her på Universe Today. Her er hvad er Jordens bane?, Hvor høj er plads?, Hvor mange satellitter er der i rummet?,, De nordlige og sydlige lys – hvad er en Aurora? og hvad er den internationale rumstation?
Hvis du gerne vil have mere information om kredsløb med lav jord, kan du tjekke banetyperne fra Det Europæiske Rumagenturs websiteebsted. Her er også et link til NASAs artikel om lav jordbane.
Vi har også indspillet en hel episode af astronomi, der handler om at komme rundt i solsystemet. Lyt her, Episode 84: kom omkring solsystemet.