Beginnend in den 1950er Jahren mit den Programmen Sputnik, Vostok und Mercury begannen die Menschen, „die mürrischen Bindungen der Erde zu durchbrechen“. Und für eine Zeit, alle unsere Missionen waren, was als Low-Earth Orbit (LEO) bekannt ist. Im Laufe der Zeit begannen wir uns mit den Apollo-Missionen und Weltraummissionen, an denen Roboter-Raumfahrzeuge beteiligt waren (wie die Voyager-Missionen), darüber hinaus zu wagen und den Mond und andere Planeten des Sonnensystems zu erreichen.
Aber im Großen und Ganzen war die überwiegende Mehrheit der Missionen im Weltraum im Laufe der Jahre – sei es Besatzung oder nicht – im erdnahen Orbit., Hier befinden sich die zahlreichen Kommunikations -, Navigations-und Militärsatelliten der Erde. Und hier führt die Internationale Raumstation (ISS) ihre Operationen durch, wo heute auch die meisten Besatzungsmissionen stattfinden. Also, was ist LEO und warum sind wir so darauf bedacht, Dinge dorthin zu schicken?
Definition:
Technisch gesehen befinden sich Objekte im erdnahen Orbit in einer Höhe zwischen 160 und 2.000 km (99 bis 1200 mi) über der Erdoberfläche., Jedes Objekt unterhalb dieser Höhe wird unter Orbitalverfall leiden und schnell in die Atmosphäre absteigen, entweder verbrennen oder auf der Oberfläche abstürzen. Objekte in dieser Höhe haben auch eine Umlaufzeit (dh die Zeit, die sie brauchen, um die Erde einmal zu umkreisen) zwischen 88 und 127 Minuten.
Objekte, die sich in einer erdnahen Umlaufbahn befinden, unterliegen atmosphärischem Widerstand, da sie sich immer noch in den oberen Schichten der Erdatmosphäre befinden-insbesondere in der Thermosphäre (80 – 500 km; 50 – 310 mi), Theremopause (500-1000 km; 310-620 mi) und die Exosphäre (1000 km; 620 mi und darüber hinaus). Je höher die Umlaufbahn des Objekts ist, desto niedriger ist die 1atmosphärische Dichte und der Luftwiderstand.,
Über 1000 km hinaus werden Objekte jedoch den Van-Allen-Strahlungsgürteln der Erde ausgesetzt sein – einer Zone geladener Teilchen, die sich bis zu einer Entfernung von 60.000 km von der Erdoberfläche erstreckt. In diesen Gürteln wurden Sonnenwind und kosmische Strahlung vom Magnetfeld der Erde eingefangen, was zu unterschiedlichen Strahlungsniveaus führte. Deshalb sollen Missionen nach LEO zwischen 160 und 1000 km (99 bis 620 mi) erreichen.
Eigenschaften:
Innerhalb der Thermosphäre, Thermopause und Exosphäre variieren die atmosphärischen Bedingungen., Zum Beispiel enthält der untere Teil der Thermosphäre (von 80 bis 550 Kilometern; 50 bis 342 Meilen) die Ionosphäre, die so genannt wird, weil hier in der Atmosphäre Teilchen durch Sonnenstrahlung ionisiert werden. Infolgedessen muss jedes Raumfahrzeug, das in diesem Teil der Atmosphäre umkreist, in der Lage sein, UV-und Hartionenstrahlung zu widerstehen.
Die Temperaturen in diesem Bereich nehmen ebenfalls mit der Höhe zu, was auf die extrem geringe Dichte seiner Moleküle zurückzuführen ist., Während also die Temperaturen in der Thermosphäre bis zu 1500 °C (2700 °F) ansteigen können, bedeutet der Abstand der Gasmoleküle, dass es sich für einen Menschen, der in direktem Kontakt mit der Luft stand, nicht heiß anfühlen würde. Es ist auch in dieser Höhe bekannt, dass die als Aurora Borealis und Aurara Australis bekannten Phänomene stattfinden.
Die Exosphäre, die äußerste Schicht der Erdatmosphäre, erstreckt sich von der Exobase und verschmilzt mit der Leere des Weltraums, wo es keine Atmosphäre gibt., Diese Schicht besteht hauptsächlich aus extrem niedrigen Dichten von Wasserstoff, Helium und mehreren schwereren Molekülen, einschließlich Stickstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid (die näher an der Exobase liegen).
Um eine erdnahe Umlaufbahn aufrechtzuerhalten, muss ein Objekt eine ausreichende Umlaufgeschwindigkeit aufweisen. Für Objekte in einer Höhe von 150 km und darüber muss eine Umlaufgeschwindigkeit von 7,8 km/h (28.130 km / h; 17.480 mph) pro Sekunde eingehalten werden. Dies ist etwas weniger als die Fluchtgeschwindigkeit, die benötigt wird, um in die Umlaufbahn zu gelangen, was 11,3 Kilometer pro Sekunde (40.680 km/h; 25277 mph) beträgt.,
Trotz der Tatsache, dass die Anziehungskraft der Schwerkraft in LEO nicht signifikant geringer ist als auf der Erdoberfläche (ungefähr 90%), befinden sich Menschen und Objekte im Orbit in einem konstanten Freifallzustand, der das Gefühl der Schwerelosigkeit erzeugt.
Verwendungen von LEO:
In dieser Geschichte der Weltraumforschung war die überwiegende Mehrheit der menschlichen Missionen in einer niedrigen Erdumlaufbahn. Die internationale Raumstation umkreist auch in LEO, zwischen einer Höhe von 320 und 380 km (200 und 240 mi). Und hier werden die meisten künstlichen Satelliten eingesetzt und gewartet., Die Gründe dafür sind recht einfach.
Zum einen würde der Einsatz von Raketen und Space Shuttles in Höhen über 1000 km (610 mi) deutlich mehr Treibstoff erfordern. Und innerhalb von LEO erleben Kommunikations-und Navigationssatelliten sowie Weltraummissionen eine hohe Bandbreite und eine geringe Kommunikationszeitverzögerung (aka. Latenz).
Für Erdbeobachtungs-und Spionagesatelliten ist LEO immer noch niedrig genug, um einen guten Blick auf die Erdoberfläche zu werfen und große Objekte und Wettermuster auf der Oberfläche aufzulösen., Die Höhe ermöglicht auch schnelle Orbitalperioden (etwas mehr als eine Stunde bis zwei Stunden lang), sodass sie an einem einzigen Tag mehrmals dieselbe Region auf der Oberfläche anzeigen können.
Und natürlich sind Objekte in Höhen zwischen 160 und 1000 km von der Erdoberfläche entfernt nicht der intensiven Strahlung der Van Allen-Gürtel ausgesetzt. Kurz gesagt, LEO ist der einfachste, billigste und sicherste Ort für den Einsatz von Satelliten, Raumstationen und bemannten Weltraummissionen.,
Probleme mit Weltraummüll:
Aufgrund seiner Beliebtheit als Ziel für Satelliten und Weltraummissionen und mit zunehmendem Weltraumstart in den letzten Jahrzehnten wird LEO auch zunehmend mit Weltraummüll überlastet. Dies hat die Form von verworfenen Raketenstufen, nicht funktionierenden Satelliten und Trümmern, die durch Kollisionen zwischen großen Trümmerteilen entstehen.
Die Existenz dieses Trümmerfeldes in LEO hat in den letzten Jahren zu wachsender Besorgnis geführt, da Kollisionen mit hohen Geschwindigkeiten für Weltraummissionen katastrophal sein können., Und mit jeder Kollision entstehen zusätzliche Trümmer, die einen zerstörerischen Zyklus erzeugen, der als Kessler – Effekt bekannt ist-benannt nach dem NASA-Wissenschaftler Donald J. Kessler, der ihn erstmals 1978 vorschlug.
Im Jahr 2013 schätzte die NASA, dass es bis zu 21.000 Stück Müll gibt, die größer als 10 cm sind, 500.000 Partikel zwischen 1 und 10 cm und mehr als 100 Millionen kleiner als 1 cm. Infolgedessen wurden in den letzten Jahrzehnten zahlreiche Maßnahmen ergriffen, um Weltraummüll und Kollisionen zu überwachen, zu verhindern und zu mildern.,
Zum Beispiel hat die NASA 1995 als erste Weltraumorganisation der Welt umfassende Richtlinien zur Minderung von Orbitalresten herausgegeben. Im Jahr 1997 reagierte die US-Regierung mit der Entwicklung der Orbital Debris Mitigation Standard Practices, basierend auf den NASA-Richtlinien.
Die NASA hat auch das Orbital Debris Program Office eingerichtet, das sich mit anderen Bundesabteilungen koordiniert, um Weltraummüll zu überwachen und durch Kollisionen verursachte Störungen zu beheben., Darüber hinaus überwacht das US-amerikanische Weltraumüberwachungsnetz derzeit rund 8.000 umlaufende Objekte, die als Kollisionsgefahren gelten, und liefert einen kontinuierlichen Fluss von Umlaufbahndaten an verschiedene Agenturen.
Das Amt für Weltraummüll der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) unterhält auch das Datenbank-und Informationssystem zur Charakterisierung von Objekten im Weltraum (DISCOS), das Informationen zu Startdetails, Orbitalhistorien, physikalischen Eigenschaften und Missionsbeschreibungen für alle Objekte bereitstellt, die derzeit von der ESA verfolgt werden., Diese Datenbank ist international anerkannt und wird von fast 40 Agenturen, Organisationen und Unternehmen weltweit genutzt.
Seit über 70 Jahren ist die erdnahe Umlaufbahn der Spielplatz der menschlichen Weltraumfähigkeit. Gelegentlich haben wir uns über den Spielplatz hinaus und weiter hinaus in das Sonnensystem (und sogar darüber hinaus) gewagt. In den kommenden Jahrzehnten wird in LEO viel mehr Aktivität erwartet, darunter der Einsatz von mehr Satelliten, Cubesats, der fortgesetzte Betrieb an Bord der ISS und sogar der Luft-und Raumfahrttourismus.,
Unnötig zu erwähnen, dass diese Zunahme der Aktivität erfordert, dass wir etwas gegen all den Müll tun, der die Raumspuren durchdringt. Da mehr Raumfahrtagenturen, private Luft-und Raumfahrtunternehmen und andere Teilnehmer LEO nutzen möchten, müssen ernsthafte Aufräumarbeiten durchgeführt werden. Und einige zusätzliche Protokolle müssen sicherlich entwickelt werden, um sicherzustellen, dass es sauber bleibt.
Wir haben hier bei Universe Today viele interessante Artikel über das Umkreisen der Erde geschrieben. Hier ist, was ist die Umlaufbahn der Erde?, Wie hoch ist der Raum? Wie Viele Satelliten sind im Weltraum?,, Das Nord – und Südlicht-Was ist eine Aurora? und Was ist die Internationale Raumstation?
Wenn Sie mehr Informationen über niedrige Erdumlaufbahn möchten, schauen Sie sich die Arten der Umlaufbahn von der Website der Europäischen Weltraumorganisation. Hier ist auch ein Link zum Artikel der NASA über niedrige Erdumlaufbahn.
Wir haben auch eine ganze Episode der Astronomie aufgenommen, in der es darum geht, das Sonnensystem zu umgehen. Hören Sie hier, Episode 84: Immer um das Sonnensystem.