stringtranslate.com

Низкая околоземная орбита

Вид с Международной космической станции на низкой околоземной орбите (НОО) на высоте около 400 км (250 миль), на фоне желто-зеленого свечения атмосферы, видимого на горизонте Земли , где примерно на высоте 100 км (62 мили) проходит граница между Землей и внешним космосом , а скорости полета достигают орбитальных скоростей .

Низкая околоземная орбита ( НОО ) — это орбита вокруг Земли с периодом 128 минут или менее (совершая не менее 11,25 оборотов в день) и эксцентриситетом менее 0,25. [1] Большинство искусственных объектов в космическом пространстве находятся на НОО, достигая пика численности на высоте около 800 км (500 миль), [2] в то время как самые дальние на НОО, до средней околоземной орбиты (СОО), имеют высоту более одной трети радиуса Земли (или около 2000 километров), [3] примерно в начале внутреннего радиационного пояса Ван Аллена .

Термин «область НОО» также используется для области космоса ниже высоты 2000 км (1200 миль) (около одной трети радиуса Земли). [4] Объекты на орбитах, которые проходят через эту зону, даже если их апогей находится дальше или они являются суборбитальными , тщательно отслеживаются, поскольку они представляют риск столкновения для многих спутников НОО.

Никаких пилотируемых космических полетов, кроме лунных миссий программы Apollo (1968-1972) и Polaris Dawn 2024, не было за пределами LEO. Все космические станции до настоящего времени работали геоцентрически в пределах LEO.

Определяющие характеристики

Большое разнообразие источников [5] [6] [7] определяет LEO с точки зрения высоты . Высота объекта на эллиптической орбите может значительно меняться вдоль орбиты. Даже для круговых орбит высота над землей может меняться на целых 30 км (19 миль) (особенно для полярных орбит ) из-за сплющенности сфероидальной фигуры Земли и местного рельефа . Хотя определения, основанные на высоте, по своей сути неоднозначны, большинство из них попадают в диапазон, указанный периодом орбиты в 128 минут, поскольку, согласно третьему закону Кеплера , это соответствует большой полуоси в 8413 км (5228 миль). Для круговых орбит это, в свою очередь, соответствует высоте 2042 км (1269 миль) над средним радиусом Земли, что согласуется с некоторыми верхними пределами высоты в некоторых определениях LEO.

Регион LEO определяется некоторыми источниками как область в пространстве, которую занимают орбиты LEO. [4] [8] [9] Некоторые высокоэллиптические орбиты могут проходить через регион LEO вблизи своей самой низкой высоты (или перигея ), но не находятся на орбите LEO, поскольку их самая высокая высота (или апогей ) превышает 2000 км (1243 мили). Суборбитальные объекты также могут достигать региона LEO, но не находятся на орбите LEO, поскольку они возвращаются в атмосферу . Различие между орбитами LEO и регионом LEO особенно важно для анализа возможных столкновений между объектами, которые сами могут не находиться на LEO, но могут столкнуться со спутниками или мусором на орбитах LEO.

Орбитальные характеристики

Средняя орбитальная скорость, необходимая для поддержания стабильной низкой околоземной орбиты, составляет около 7,8 км/с (4,8 миль/с), что соответствует 28 000 км/ч (17 000 миль/ч). Однако это зависит от точной высоты орбиты. Рассчитанная для круговой орбиты высотой 200 км (120 миль), орбитальная скорость составляет 7,79 км/с (4,84 миль/с), но для более высокой орбиты высотой 1500 км (930 миль) скорость снижается до 7,12 км/с (4,42 миль/с). [10] Дельта-v ракеты-носителя, необходимая для достижения низкой околоземной орбиты, начинается примерно с 9,4 км/с (5,8 миль/с).

Сила тяжести на НОО лишь немного меньше, чем на поверхности Земли. Это связано с тем, что расстояние до НОО от поверхности Земли намного меньше радиуса Земли. Однако объект на орбите находится в постоянном свободном падении вокруг Земли, поскольку на орбите сила тяготения и центробежная сила уравновешивают друг друга. [a] В результате космические аппараты на орбите продолжают оставаться на орбите, а люди внутри или снаружи таких аппаратов постоянно испытывают невесомость .

Объекты на низкой околоземной орбите сталкиваются с атмосферным сопротивлением газов в термосфере (примерно 80–600 км над поверхностью) или экзосфере (примерно 600 км или 400 миль и выше), в зависимости от высоты орбиты. Орбиты спутников, достигающие высот ниже 300 км (190 миль), быстро уменьшаются из-за атмосферного сопротивления. Объекты на низкой околоземной орбите вращаются вокруг Земли между более плотной частью атмосферы и ниже внутреннего радиационного пояса Ван Аллена .

Экваториальные низкие околоземные орбиты ( ELEO ) являются подмножеством LEO. Эти орбиты с малым наклоном к экватору позволяют быстро возвращаться к низкоширотным локациям на Земле. Прогрессивные экваториальные LEO также имеют более низкие требования к запуску delta-v , поскольку они используют вращение Земли. Другие полезные орбиты LEO, включая полярные орбиты и солнечно-синхронные орбиты, имеют более высокий наклон к экватору и обеспечивают покрытие для более высоких широт на Земле. Некоторые из спутников Starlink первого поколения использовали полярные орбиты, которые обеспечивают покрытие по всей Земле. Более поздние созвездия Starlink имеют более низкий наклон и обеспечивают большее покрытие для населенных районов.

Более высокие орбиты включают среднюю околоземную орбиту (MEO), иногда называемую промежуточной круговой орбитой (ICO), и еще выше, геостационарную орбиту (GEO). Орбиты выше низкой орбиты могут привести к раннему отказу электронных компонентов из-за интенсивного излучения и накопления заряда.

В 2017 году в регулирующих документах стали появляться « очень низкие околоземные орбиты » ( VLEO ) . Эти орбиты, ниже примерно 450 км (280 миль), требуют использования новых технологий для повышения орбиты , поскольку они работают на орбитах, которые обычно слишком быстро сходят на нет, чтобы быть экономически полезными. [11] [12]

Использовать

Примерно половина орбиты Международной космической станции

Низкая околоземная орбита требует наименьшего количества энергии для размещения спутника. Она обеспечивает высокую пропускную способность и низкую задержку связи . Спутники и космические станции на НОО более доступны для экипажа и обслуживания.

Поскольку для размещения спутника на НОО требуется меньше энергии , а для успешной передачи спутнику там требуются менее мощные усилители, НОО используется для многих коммуникационных приложений, таких как телефонная система Iridium . Некоторые спутники связи используют гораздо более высокие геостационарные орбиты и движутся с той же угловой скоростью, что и Земля, чтобы казаться неподвижными над одним местом на планете.

Недостатки

В отличие от геосинхронных спутников , спутники на низкой орбите имеют небольшое поле зрения и могут наблюдать и общаться только с частью Земли в данный момент времени. Это означает, что для обеспечения непрерывного покрытия требуется большая сеть (или созвездие ) спутников.

Спутники на более низких высотах орбиты находятся в атмосфере и страдают от быстрого орбитального распада , требуя либо периодического повторного разгона для поддержания стабильных орбит, либо запуска замены для тех, которые снова входят в атмосферу. Эффекты добавления таких количеств испаренных металлов в стратосферу Земли потенциально вызывают беспокойство, но в настоящее время неизвестны. [13]

Примеры

Бывший

В художественной литературе

Космический мусор

Окружение LEO становится перегруженным космическим мусором из-за частоты запусков объектов. [18] Это вызвало растущую обеспокоенность в последние годы, поскольку столкновения на орбитальных скоростях могут быть опасными или смертельными. Столкновения могут привести к появлению дополнительного космического мусора, создавая эффект домино, известный как синдром Кесслера . Программа NASA по орбитальному мусору отслеживает более 25 000 объектов диаметром более 10 см на LEO, в то время как предполагаемое число от 1 до 10 см составляет 500 000, а количество частиц размером более 1 мм превышает 100 миллионов. [19] Частицы движутся со скоростью до 7,8 км/с (28 000 км/ч; 17 500 миль/ч), поэтому даже небольшое столкновение может серьезно повредить космический корабль. [20]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Здесь важно отметить, что «свободное падение» по определению требует, чтобы гравитация была единственной силой, действующей на объект. Это определение по-прежнему выполняется при падении вокруг Земли, поскольку другая сила, центробежная сила, является фиктивной силой .

Ссылки

  1. ^ "Current Catalog Files". Архивировано из оригинала 26 июня 2018 г. Получено 13 июля 2018 г. LEO: Среднее движение > 11,25 и эксцентриситет < 0,25
  2. ^ Muciaccia, Andrea (2021). Фрагментации на низкой околоземной орбите: обнаружение событий и идентификация родительского тела (диссертация). doi :10.13140/RG.2.2.27621.52966.
  3. ^ Сампайо, Джарбас; Внук, Эдвин; Вильена де Мораес, Родольфо; Фернандес, Сандро (1 января 2014 г.). «Резонансная орбитальная динамика в регионе НОО: космический мусор в фокусе» (PDF) . Математические проблемы в технике . 2014 : Рисунок 1: Гистограмма среднего движения каталогизированных объектов. дои : 10.1155/2014/929810 . Проверено 13 июля 2018 г.
  4. ^ ab "IADC Space Debris Mitigation Guidelines" (PDF) . МЕЖАГЕНТСКИЙ КООРДИНАЦИОННЫЙ КОМИТЕТ ПО КОСМИЧЕСКОМУ МУСОРУ: Выпущен Руководящей группой и Рабочей группой 4. Сентябрь 2007 г. Архивировано (PDF) из оригинала 17 июля 2018 г. . Получено 17 июля 2018 г. Регион A, Низкая околоземная орбита (или LEO) — сферическая область, которая простирается от поверхности Земли до высоты (Z) 2000 км
  5. ^ "Определение низкой орбиты Земли". Словарь Merriam-Webster . Архивировано из оригинала 8 июля 2018 года . Получено 8 июля 2018 года .
  6. ^ "Часто задаваемые вопросы". FAA. Архивировано из оригинала 2 июня 2020 г. . Получено 14 февраля 2020 г. LEO относится к орбитам, которые обычно имеют высоту менее 2400 км (1491 миль).
  7. ^ Кэмпбелл, Эшли (10 июля 2015 г.). "SCaN Glossary". NASA. Архивировано из оригинала 3 августа 2020 г. . Получено 12 июля 2018 г. . Низкая околоземная орбита (НОО): геоцентрическая орбита с высотой, намного меньшей радиуса Земли. Спутники на этой орбите находятся на высоте от 80 до 2000 километров над поверхностью Земли.
  8. ^ "Что такое орбита?". NASA . Дэвид Хитт: NASA Educational Technology Services, Элис Вессон: JPL, Дж. Д. Харрингтон: HQ;, Ларри Купер: HQ;, Флинт Уайлд: MSFC;, Энн Мари Тротта: HQ;, Дидра Уильямс: MSFC. 1 июня 2015 г. Архивировано из оригинала 27 марта 2018 г. Получено 8 июля 2018 г. НОО — это первые 100–200 миль (161–322 км) космоса.{{cite news}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  9. ^ Стил, Дилан (3 мая 2016 г.). «Руководство исследователя по: воздействию космической среды». NASA . стр. 7. Архивировано из оригинала 17 ноября 2016 г. Получено 12 июля 2018 г. . среда низкой околоземной орбиты (НОО), определяемая как 200–1000 км над поверхностью Земли
  10. ^ "Параметры LEO". www.spaceacademy.net.au . Архивировано из оригинала 11 февраля 2016 года . Получено 12 июня 2015 года .
  11. ^ Crisp, NH; Roberts, PCE; Livadiotti, S.; Oiko, VTA; Edmondson, S.; Haigh, SJ; Huyton, C.; Sinpetru, L.; Smith, KL; Worrall, SD; Becedas, J. (август 2020 г.). «Преимущества очень низкой околоземной орбиты для миссий по наблюдению за Землей». Progress in Aerospace Sciences . 117 : 100619. arXiv : 2007.07699 . Bibcode : 2020PrAeS.11700619C. doi : 10.1016/j.paerosci.2020.100619. S2CID  220525689.
  12. ^ Мессье, Дуг (3 марта 2017 г.). «SpaceX хочет запустить 12 000 спутников». Parabolic Arc . Архивировано из оригинала 22 января 2020 г. Получено 22 января 2018 г.
  13. ^ «Космический мусор загрязняет стратосферу Земли испаряющимся металлом». Scientific American .
  14. ^ "Большая высота улучшает топливную экономичность станции". NASA. Архивировано из оригинала 15 мая 2015 года . Получено 12 февраля 2013 года .
  15. ^ Холли, Рибик (4 сентября 2009 г.). "NASA Earth Observatory". earthobservatory.nasa.gov . Архивировано из оригинала 27 мая 2018 г. . Получено 28 ноября 2015 г. .
  16. ^ "Японский низкоорбитальный спутник Tsubame занесен в Книгу рекордов Гиннесса". The Japan Times . 30 декабря 2019 г. Получено 25 июня 2024 г.
  17. ^ «Космическая станция из 2001: Космическая одиссея».
  18. ^ Управление Организации Объединенных Наций по вопросам космического пространства (2010). «Руководящие принципы Комитета по мирному использованию космического пространства по предупреждению засорения космического пространства». Межагентский координационный комитет по космическому мусору (IADC) . Получено 19 октября 2021 г.
  19. ^ "ARES | Orbital Debris Program Office | Frequently Asked Questions". NASA.gov . Архивировано из оригинала 2 сентября 2022 г. . Получено 2 сентября 2022 г. .
  20. ^ Гарсия, Марк (13 апреля 2015 г.). «Космический мусор и пилотируемый космический корабль». NASA.gov . Архивировано из оригинала 8 сентября 2022 г. . Получено 2 сентября 2022 г. .

Общественное достояние В статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .