Nízká oběžná dráha Země

Nízká oběžná dráha Země ( LEO , anglicky Low Earth Orbit (LEO)) je vesmírná dráha kolem Země s výškou nad povrchem planety v rozmezí od 160 km ( období asi 88 minut ) do 2000 km (období asi 127 minut). Objekty umístěné ve výškách pod 160 km zažívají velmi silný vliv atmosféry a jsou nestabilní [1] [2] .

S výjimkou pilotovaných letů na Měsíc ( program Apollo , USA ) všechny lety člověka do vesmíru probíhaly buď v oblasti LEO, nebo byly suborbitální . Gemini 11 měla nejvyšší výšku mezi pilotovanými lety v oblasti LEO s apogeem 1374 km. K dnešnímu dni všechny vesmírné stanice s lidskou posádkou a většina umělých družic Země používá nebo používaly LEO.

LEO také soustřeďuje většinu vesmírného odpadu .

Charakteristika oběžné dráhy

Objekty v LEO jsou ovlivňovány řídkými vrstvami atmosféry : termosférou (80–500 km) a exosférou ( 500 km a více), v závislosti na výšce oběžných drah. Tyto dráhy se nacházejí mezi hustými vrstvami atmosféry a radiačními pásy .

Nadmořské výšky menší než 300 km se pro satelity obvykle nepoužívají, protože životnost na tak nízkých drahách je krátká.

Orbitální rychlost objektu, který je vyžadován pro stabilní LEO, je přibližně 7,8 km/s , ale s rostoucí výškou klesá. Pro výšku oběžné dráhy 200 km je to 7,79 km/s (28000 km/h) a pro 1500 km je to 7,12 km/s (25600 km/h) [3] . K dosažení LEO z povrchu planety je zapotřebí charakteristická rychlost 9,4 km/s. Kromě požadované první únikové rychlosti 7,9 km/s je zapotřebí dalších 1,5–2 km/s kvůli aerodynamickým a gravitačním ztrátám .

V roce 2017 se v regulačních dokumentech začaly zaznamenávat „velmi nízké oběžné dráhy Země“ pod 450 km [4] [5] .

Příklady

Životnost satelitu v LEO

Čas strávený družicí v LEO závisí na mnoha faktorech, zvláště silně závisí na vlivu Měsíce a výšce nad hustými vrstvami atmosféry. Například oběžná dráha družice " Explorer-6 " (USA) se každé 3 měsíce měnila z 250 na 160 km, což vedlo ke snížení životnosti družice z plánovaných 20 let na 2, a první družice Země také existovala 3 měsíce (perigeum 215 km, apogeum 939 km). Další faktory ovlivňující životnost: výška hustých vrstev atmosféry se může lišit v závislosti na denní době a na oběžné dráze družice, například v poledne, zahřáté vrstvy atmosféry ve výšce 300 km mají hustotu 2krát větší než o půlnoci a průlet družice přes zemský rovník také snižuje výšku perigea družice. Zvýšená sluneční aktivita může vést k prudkému nárůstu hustoty horní atmosféry - v důsledku toho je satelit silněji zpomalován a výška jeho oběžné dráhy klesá rychleji.

Podstatnou roli hraje také tvar satelitu, konkrétně plocha jeho středu (příčný řez); pro družice speciálně navržené pro provoz na nízkých oběžných drahách se často volí aerodynamicky aerodynamicky aerodynamické tvary těla.

Vesmírný odpad

Prostředí LEO je silně znečištěno vesmírným odpadem  - zbytky zastaralých satelitů a částí nosných raket  - kvůli vysoké oblibě startů do těchto výšek a také úlomky vzniklé při explozích satelitů a jejich kolizích. Když se objekty větší než několik centimetrů , pohybující se oběžnými rychlostmi navzájem pod úhlem, srazí, jsou výrazně zničeny.

Počínaje rokem 2000  - 2010 se satelity a vesmírný odpad podle samostatných modelů staly pro LEO natolik, že kolize mezi různými objekty generuje mnoho fragmentů , které dále ucpávají tuto oblast ( princip domino nebo řetězová reakce ) [7] [8 ] [9] . Tento efekt růstu trosek se nazývá Kesslerův syndrom a má potenciál vést v budoucnu k úplné nemožnosti využití vesmíru pro starty ze Země.

Několik amerických a ruských organizací sleduje oběžné dráhy více než 15 000 objektů v LEO. V tomto případě jsou obvykle spolehlivě sledovány pouze kosmické lodě a trosky větší než 10 cm [10] . Je však možné vybudovat levný systém pro sledování objektů na nízké oběžné dráze Země, který dokáže detekovat a sledovat vesmírný odpad větší než 2 m [11] [12] . Objekty o velikosti od 1 do 10 cm se prakticky nesledují, ale pro kosmické lodě představují nebezpečí. K ochraně satelitů před negativními důsledky srážky s menšími objekty se používají různé verze „ochrany Whipple“ [13] .

Poznámky

  1. ↑ Pokyny IADC pro zmírňování vesmírného odpadu (PDF)  (odkaz není k dispozici) . Meziagenturní výbor pro koordinaci vesmírného odpadu (15. října 2002). Získáno 22. října 2014. Archivováno z originálu 3. prosince 2013.
  2. ↑ Bezpečnostní standard NASA 1740.14, Pokyny a postupy hodnocení pro omezení orbitálního odpadu (PDF). Office of Safety and Mission Assurance (1. srpna 1995). Archivováno z originálu 15. února 2013.
  3. ↑ Parametry LEO . www.spaceacademy.net.au . Získáno 12. června 2015. Archivováno z originálu 11. února 2016.
  4. ↑ Crisp, N.H.; Roberts, PCE; Livadiotti, S.; Oiko, VTA; Edmondson, S.; Vysoká, SJ; Huyton, C.; Sinpetru, L.; Smith, KL; Worrall, SD; Becedas, J. (srpen 2020). „Výhody velmi nízké oběžné dráhy Země pro mise na pozorování Země“ . Pokrok v leteckých vědách . 117 : 100619. arXiv : 2007.07699 . DOI : 10.1016/j.paerosci.2020.100619 . Archivováno z originálu dne 2021-03-19 . Staženo 2021-05-16 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  5. ↑ Messier, Doug . SpaceX chce vypustit 12 000 satelitů , parabolický oblouk  (3. března 2017). Archivováno z originálu 22. ledna 2020. Staženo 16. května 2021.
  6. ↑ Vyšší nadmořská výška zlepšuje spotřebu paliva stanice . NASA. Získáno 12. února 2013. Archivováno z originálu 15. května 2015.
  7. ↑ J.-C. Liou , An Assessment of the Current LEO Debris Environment and the Need for Active Debris Removal Archive 14 May 2015 at Wayback Machine // NASA, - 2010: " Nicméně ještě před testem ASAT modelové analýzy již naznačovaly, že populace trosek (pro ty větší než 10 cm) v LEO dosáhla bodu, kdy by populace nadále narůstala v důsledku kolizí mezi existujícími objekty, a to i bez jakýchkoli budoucích startů. Závěr implikuje, že vzhledem k tomu, že satelity jsou nadále vypouštěny a dochází k neočekávaným událostem rozpadu, společně přijatá zmírňující opatření nebudou schopna zastavit populační růst způsobený kolizemi. „Avšak ještě před testem ASAT (2007) analýza modelu dospěla k závěru, že množství úlomků (větších než 10 cm) v LEO dosáhlo bodu, za který by se zvýšilo v důsledku kolizí mezi existujícími objekty, a to i bez jakéhokoli nebo budoucího startu. . Závěr naznačuje, že ... konvenční opatření nebudou schopna zastavit nárůst počtu kvůli kolizím.
  8. ↑ A. I. Nazarenko , Předpověď kontaminace OKP na 200 let a Kesslerův syndrom Archivní kopie ze 4. března 2016 na Wayback Machine , 2010: „To znamená, že lavinový růst technogenního znečištění OKP z hypotézy (Kesslerův syndrom) se změnilo ve skutečnost: už to začalo.“ (pro malý zlomek).
  9. ↑ S. S. Veniaminov, A. M. Chervonov , Vesmírný odpad je hrozbou pro lidstvo Archivní kopie z 6. října 2014 na Wayback Machine / M: IKI RAS, 2012, ISSN 2075-6836, s. 136: „V 90. letech 20. století. již existovaly samostatné orbitální oblasti, ve kterých prostorová hustota vesmírného odpadu ( vesmírného odpadu ) překročila kritickou úroveň. ... (z 900 na 1000 km a asi 1500 km) ... Populace CM se tam kvantitativně zvýší, i když nedojde k přílivu nových CR zvenčí, a počet úlomků z kolizí v souladu s Kesslerovým syndromem poroste exponenciálně.
  10. ↑ Informační list: Společné vesmírné operační středisko . Archivováno z originálu 3. února 2010.
  11. ↑ Dorota Mieczkowska, Jakub Wojcicki, Patrycja Szewczak, Marek Kubel-Grabau, Martyna Zaborowska. Detekce objektů na LEO pomocí signálů příležitosti  // 2017 Signal Processing Symposium (SPSympo). - Vesnice Jachranka, Polsko: IEEE, 2017-09. — S. 1–6 . - ISBN 978-1-5090-6755-8 . - doi : 10.1109/SPS.2017.8053660 . Archivováno z originálu 6. března 2022.
  12. ↑ Jakub Kopycinski, Pawel Kuklinski, Wioleta Rzesa, Bartlomiej Majerski, Agnieszka Borucka. Systém detekce, sledování a katalogizace satelitů  // 2018 22nd International Microwave and Radar Conference (MIKON). — Poznaň, Polsko: IEEE, 2018-05. — S. 370–373 . — ISBN 978-83-949421-1-3 . - doi : 10.23919/MIKON.2018.8405229 . Archivováno z originálu 6. března 2022.
  13. ↑ Štít biče   // Wikipedie . — 24. 9. 2020.
 Orbity