Низкая околоземная орбита
Низкая околоземная орбита ( НОО ) — это орбита вокруг Земли с периодом 128 минут или менее (совершающая не менее 11,25 витков в сутки) и эксцентриситетом менее 0,25. [1] Большинство искусственных объектов в космическом пространстве находятся на НОО, пик их количества приходится на высоту около 800 км (500 миль). [2] в то время как самые дальние на НОО, перед средней околоземной орбитой (СОО), имеют высоту более одной трети радиуса Земли (или около 2000 километров), [3] примерно в начале внутреннего радиационного пояса Ван Аллена .
Термин «регион НОО» также используется для обозначения области космоса на высоте ниже 2000 км (1200 миль) (около одной трети радиуса Земли). [4] Объекты на орбитах, которые проходят через эту зону, даже если они имеют апогей дальше или находятся на суборбитальном уровне , тщательно отслеживаются, поскольку они представляют риск столкновения для многих спутников LEO.
Никаких полетов человека в космос , за исключением лунных миссий программы «Аполлон», за пределами НОО не проводилось. На сегодняшний день все космические станции работают геоцентрически в пределах НОО.
Определение характеристик
[ редактировать ]Широкий выбор источников [5] [6] [7] определите LEO через высоту . Высота объекта на эллиптической орбите может значительно меняться вдоль орбиты. Даже для круговых орбит высота над землей может варьироваться на целых 30 км (19 миль) (особенно для полярных орбит ) из-за сжатия сфероидной формы Земли и местной топографии . Хотя определения, основанные на высоте, по своей сути неоднозначны, большинство из них попадают в диапазон, определяемый периодом орбиты в 128 минут, поскольку, согласно третьему закону Кеплера , это соответствует большой полуоси 8 413 км (5 228 миль). Для круговых орбит это, в свою очередь, соответствует высоте 2042 км (1269 миль) над средним радиусом Земли, что соответствует некоторым верхним пределам высоты в некоторых определениях LEO.
Некоторые источники определяют регион НОО как область в космосе, которую занимают орбиты НОО. [4] [8] [9] Некоторые высокоэллиптические орбиты могут проходить через область НОО вблизи своей наименьшей высоты (или перигея ), но не находятся на НОО-орбите, поскольку их наибольшая высота (или апогей ) превышает 2000 км (1243 мили). Суборбитальные объекты также могут достигать области НОО, но не находятся на НОО-орбите, поскольку они повторно входят в атмосферу . Различие между орбитами НОО и областью НОО особенно важно для анализа возможных столкновений между объектами, которые сами могут не находиться на НОО, но могут столкнуться со спутниками или мусором на НОО.
Орбитальные характеристики
[ редактировать ]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 в час). Однако это зависит от точной высоты орбиты. Рассчитанная для круговой орбиты длиной 200 км (120 миль) орбитальная скорость составляет 7,79 км/с (4,84 мили/с), но для более высокой орбиты 1500 км (930 миль) скорость снижается до 7,12 км/с (4,42 мили). /с). [10] ракеты-носителя, Дельта-V необходимая для достижения низкой околоземной орбиты, начинается со скорости около 9,4 км / с (5,8 миль / с).
Сила тяжести на НОО лишь немногим 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 гравитационная и центробежная силы уравновешивают друг друга. [а] В результате космические корабли на орбите продолжают оставаться на орбите, а люди внутри или снаружи таких кораблей постоянно испытывают невесомость .
Объекты на НОО 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 высоты ниже 300 км (190 миль), быстро затухают из-за сопротивления атмосферы. Объекты на околоземной орбите вращаются вокруг Земли между более плотной частью атмосферы и ниже внутреннего радиационного пояса Ван Аллена .
Экваториальные низкие околоземные орбиты ( ELEO ) являются разновидностью LEO. Эти орбиты с небольшим наклоном к экватору позволяют быстро перемещаться по низкоширотным местам на Земле. Экваториальные НОО Prograde также имеют более низкие требования к запуску с дельта-v, поскольку они используют преимущества вращения Земли. Другие полезные орбиты LEO, включая полярные орбиты и солнечно-синхронные орбиты, имеют больший наклон к экватору и обеспечивают покрытие более высоких широт Земли. первого поколения Некоторые спутники Starlink использовали полярные орбиты, которые обеспечивают покрытие всей территории Земли. Более поздние созвездия Starlink вращаются с меньшим наклоном и обеспечивают большее покрытие населенных пунктов.
Более высокие орбиты включают среднюю околоземную орбиту (MEO), иногда называемую промежуточной круговой орбитой (ICO), и, выше, геостационарную орбиту (GEO). Орбиты выше низкой могут привести к преждевременному выходу из строя электронных компонентов из-за интенсивного излучения и накопления заряда.
В 2017 году « очень низкие околоземные орбиты » ( VLEO начали фигурировать в нормативных документах ). Эти орбиты, расположенные ниже примерно 450 км (280 миль), требуют использования новых технологий для поднятия орбиты , поскольку они работают на орбитах, которые обычно затухают слишком рано, чтобы быть экономически полезными. [11] [12]
Использовать
[ редактировать ]Низкая околоземная орбита требует наименьшего количества энергии для размещения спутников. Он 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 LEO требуется меньше энергии , а для успешной передачи спутнику требуются менее мощные усилители, LEO используется во многих коммуникационных приложениях, таких как телефонная система Iridium . Некоторые спутники связи используют гораздо более высокие геостационарные орбиты и движутся с той же угловой скоростью, что и Земля, поэтому кажутся неподвижными над одним местом на планете.
Недостатки
[ редактировать ]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 необходима большая сеть (или созвездие ) спутников.
Спутники на более низких высотах орбиты находятся в атмосфере и страдают от быстрого распада орбиты , что требует либо периодической перезагрузки для поддержания стабильных орбит, либо запуска замены тех, которые повторно входят в атмосферу. Последствия добавления такого количества испарённых металлов в стратосферу Земли потенциально вызывают беспокойство, но в настоящее время неизвестны. [13]
Примеры
[ редактировать ]- Международная космическая станция находится на околоземной орбите на высоте от 400 до 420 км (260 миль) над поверхностью Земли. [14] и требует перезагрузки несколько раз в год из-за распада орбиты.
- вращаются Телекоммуникационные спутники Iridium на высоте около 780 км (480 миль).
- Спутники наблюдения Земли , также известные как дистанционного зондирования спутники , включая спутники-шпионы и другие спутники для получения изображений Земли , используют НОО, поскольку они могут более четко видеть поверхность Земли, находясь ближе к ней. Большинство искусственных спутников размещено на околоземной орбите. [15] Спутники также могут использовать преимущества постоянного освещения поверхности внизу с помощью солнечно-синхронных низкоорбитальных орбит на высоте около 800 км (500 миль) и с близким к полярному наклонению. Envisat (2002–2012 гг.) – один из примеров.
- вращается Космический телескоп Хаббл на высоте около 540 км (340 миль) над Землей.
- Созвездия спутникового интернета, такие как Starlink
- Китайская космическая станция Тяньгун была запущена в апреле 2021 года и в настоящее время находится на орбите от 340 до 450 километров (280 миль).
- Гравиметрическая предшественница миссия GRACE-FO находится на орбите около 500 км (310 миль), как и ее GRACE .
Бывший
[ редактировать ]- Китайская станция «Тяньгун-1» находилась на орбите на высоте около 355 километров (221 миль). [16] до его схода с орбиты в 2018 году.
- Китайская станция «Тяньгун-2» находилась на орбите на высоте около 370 км (230 миль) до своего схода с орбиты в 2019 году.
- GOCE , еще одна гравиметрическая миссия, находилась на орбите около 255 км (158 миль).
- Испытательный спутник сверхнизкой высоты , получивший прозвище «Цубамэ» , находился на орбите 167,4 км (104,0 мили), что является самой низкой высотой среди спутников наблюдения Земли. [17]
В художественной литературе
[ редактировать ]- В фильме « Космическая одиссея 2001 года» транзитная станция Земли («Космическая станция V») «обращалась на орбите на высоте 300 км над Землей». [18]
Космический мусор
[ редактировать ] | В этом разделе отсутствует информация о сроке службы мусора. ( август 2023 г. ) |
Среда НОО становится перегруженной космическим мусором из-за частоты запусков объектов. [19] В последние годы это вызывает растущую обеспокоенность, поскольку столкновения на орбитальных скоростях могут быть опасными или смертельными. Столкновения могут привести к образованию дополнительного космического мусора, создавая эффект домино, известный как синдром Кесслера . Программа НАСА по орбитальному мусору отслеживает более 25 000 объектов диаметром более 10 см на НОО, в то время как предполагаемое количество от 1 до 10 см составляет 500 000, а количество частиц размером более 1 мм превышает 100 миллионов. [20] Частицы движутся со скоростью до 7,8 км/с (28 000 км/ч; 17 500 миль в час), поэтому даже небольшой удар может серьезно повредить космический корабль. [21]
См. также
[ редактировать ]- Сравнение орбитальных стартовых систем
- Геостационарная орбита (GEO)
- Тяжелая ракета-носитель
- Высокая околоземная орбита (HEO)
- Высокоэллиптическая орбита (HEO)
- Список орбит
- Средняя околоземная орбита (СОО)
- Ракета-носитель средней грузоподъемности
- Конкретные примеры орбитальной энергии
- Суборбитальный космический полет
- Осведомленность о космической сфере
- Радиационный пояс Ван Аллена
Примечания
[ редактировать ]- ^ 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
[ редактировать ]- ^ «Текущие файлы каталога» . Архивировано из оригинала 26 июня 2018 года . Проверено 13 июля 2018 г.
Лев: среднее движение > 11,25 и эксцентриситет < 0,25.
- ^ Мучачча, Андреа (2021). Фрагментации на низкой околоземной орбите: обнаружение событий и идентификация родительского тела (Диссертация). дои : 10.13140/RG.2.2.27621.52966 .
- ^ Сампайо, Джарбас; Внук, Эдвин; Вильена де Мораес, Родольфо; Фернандес, Сандро (1 января 2014 г.). «Резонансная орбитальная динамика в регионе НОО: космический мусор в фокусе» . Математические проблемы в технике . 2014 : Рисунок 1: Гистограмма среднего движения каталогизированных объектов. дои : 10.1155/2014/929810 . Архивировано из оригинала 1 октября 2021 года . Проверено 13 июля 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Руководство IDC по предотвращению образования космического мусора» (PDF) . МЕЖАГЕНТСКИЙ КООРДИНАЦИОННЫЙ КОМИТЕТ ПО КОСМИЧЕСКОМУ МУСОРУ: Выпущено Руководящей группой и Рабочей группой 4. Сентябрь 2007 г. Архивировано (PDF) из оригинала 17 июля 2018 г. Проверено 17 июля 2018 г.
Регион A, регион низкой околоземной орбиты (или LEO). Регион – сферическая область, простирающаяся от поверхности Земли до высоты (Z) 2000 км.
- ^ «Определение НИЗКОЙ ЗЕМНОЙ ОРБИТЫ» . Словарь Мерриама-Вебстера . Архивировано из оригинала 8 июля 2018 года . Проверено 8 июля 2018 г.
- ^ «Часто задаваемые вопросы» . ФАУ. Архивировано из оригинала 2 июня 2020 года . Проверено 14 февраля 2020 г.
LEO относится к орбитам, высота которых обычно составляет менее 2400 км (1491 миль).
- ^ Кэмпбелл, Эшли (10 июля 2015 г.). «Словарь СКАН» . НАСА. Архивировано из оригинала 3 августа 2020 года . Проверено 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.
- ^ «Что такое орбита?» . НАСА . Дэвид Хитт: Служба образовательных технологий НАСА, Элис Вессон: Лаборатория реактивного движения, Джей Ди Харрингтон: штаб-квартира;, Ларри Купер: штаб-квартира;, Флинт Уайлд: MSFC;, Энн Мари Тротта: штаб-квартира;, Дидра Уильямс: MSFC. 1 июня 2015 г. Архивировано из оригинала 27 марта 2018 г. Проверено 8 июля 2018 г.
НОО — это первые 100–200 миль (161–322 км) космоса.
{{cite news}}: CS1 maint: другие ( ссылка ) - ^ Стил, Дилан (3 мая 2016 г.). «Руководство исследователя: воздействие космического пространства на окружающую среду» . НАСА . п. 7. Архивировано из оригинала 17 ноября 2016 года . Проверено 12 июля 2018 г.
среда низкой околоземной орбиты (НОО), определяемая как высота 200–1000 км над поверхностью Земли.
- ^ «Параметры ЛЕО» . www.spaceacademy.net.au . Архивировано из оригинала 11 февраля 2016 года . Проверено 12 июня 2015 г.
- ^ Крисп, Нью-Хэмпшир; Робертс, PCE; Ливадиотти, С.; Ойко, ВТА; Эдмондсон, С.; Хей, С.Дж.; Хайтон, К.; Синпетру, Л.; Смит, КЛ; Уорролл, SD; Беседас, Дж. (август 2020 г.). «Преимущества очень низкой околоземной орбиты для миссий по наблюдению за Землей». Прогресс аэрокосмических наук . 117 : 100619. arXiv : 2007.07699 . Бибкод : 2020ПрАэС.11700619С . doi : 10.1016/j.paerosci.2020.100619 . S2CID 220525689 .
- ^ Мессье, Дуг (3 марта 2017 г.). «SpaceX хочет запустить 12 000 спутников» . Параболическая дуга . Архивировано из оригинала 22 января 2020 года . Проверено 22 января 2018 г.
- ^ https://www.scientificamerican.com/article/space-junk-is-polluting-earths-stratосфера-with-vaporized-metal/
- ^ «Большая высота повышает экономию топлива на станции» . НАСА. Архивировано из оригинала 15 мая 2015 года . Проверено 12 февраля 2013 г.
- ^ Холли, Рибик (4 сентября 2009 г.). «Земная обсерватория НАСА» . Earthobservatory.nasa.gov . Архивировано из оригинала 27 мая 2018 года . Проверено 28 ноября 2015 г.
- ^ « Тяньгун-1 успешно завершил второе изменение орбиты» . Архивировано из оригинала 13 ноября 2011 года . Проверено 13 октября 2020 года .
- ^ «Японский маловысотный спутник Цубамэ занесен в Книгу рекордов Гиннеса» . Джапан Таймс . 30 декабря 2019 года . Проверено 25 июня 2024 г.
- ^ «Космическая станция 2001 года: Космическая одиссея» .
- ^ Управление ООН по вопросам космического пространства (2010 г.). «Руководящие принципы по предотвращению образования космического мусора Комитета по использованию космического пространства в мирных целях» . Межагентский координационный комитет по космическому мусору (МККМ) . Проверено 19 октября 2021 г.
- ^ «ARES | Офис программы по орбитальному мусору | Часто задаваемые вопросы» . НАСА.gov . Архивировано из оригинала 2 сентября 2022 года . Проверено 2 сентября 2022 г.
- ^ Гарсия, Марк (13 апреля 2015 г.). «Космический мусор и пилотируемые космические корабли» . НАСА.gov . Архивировано из оригинала 8 сентября 2022 года . Проверено 2 сентября 2022 г.
Эта статья включает общедоступные материалы с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .
Гравитационные орбиты |
|---|
Люди, находящиеся сейчас на околоземной орбите |
|---|
