Začiatkom päťdesiatych rokov programami Sputnik, Vostok a Merkúr začali ľudské bytosti „prekĺznuť pospájané zemské putá“. A na nejaký čas boli všetky naše misie známe ako Low-Earth Orbit (LEO). Postupom času s misiami Apollo a vesmírnymi misiami zahŕňajúcimi robotickú kozmickú loď (napr Misie Voyager) sme sa začali púšťať za hranice Mesiaca a ďalších planét slnečnej sústavy.
Celkovo však prevažná väčšina misií na vesmír v priebehu rokov - či už boli posádkou alebo nečlenskou posádkou - bola na obežnej dráhe Low-Earth. Nachádza sa tu obrovské množstvo komunikačných, navigačných a vojenských satelitov Zeme. A práve tu vykonáva svoju kozmickú službu Medzinárodná vesmírna stanica (ISS), kam dnes chodí väčšina posádok. Čo je teda LEO a prečo sa tak zameriavame na zasielanie vecí do tejto oblasti?
Definícia:
Z technického hľadiska sú objekty na obežnej dráhe Zeme v nadmorskej výške od 160 do 2 000 km (99 až 1200 míľ) nad zemským povrchom. Akýkoľvek predmet pod touto nadmorskou výškou bude trpieť orbitálnym rozpadom a rýchlo zostupuje do atmosféry, buď spálením alebo zhroutením na povrchu. Objekty v tejto nadmorskej výške majú tiež obežnú periódu (t. J. Čas, ktorý im bude trvať, keď raz raz obiehajú Zem) medzi 88 a 127 minútami.
Predmety, ktoré sa nachádzajú na nízkej obežnej dráhe Zeme, sú vystavené atmosférickému odporu, pretože sú stále vo vyšších vrstvách zemskej atmosféry - konkrétne termosféry (80 - 500 km; 50 - 310 míľ), theremopause (500 - 1 000 km; 310– 620 mi) a exosféru (1 000 km; 620 mi a viac). Čím vyššia je obežná dráha objektu, tým nižšia je hustota a pretiahnutie 1atmosféry.
Po viac ako 1 000 km (620 míľ) však objekty budú vystavené pozemským Van Allenovým radiačným pásom - zóne nabitých častíc, ktorá siaha až do vzdialenosti 60 000 km od zemského povrchu. V týchto pásoch bol slnečný vietor a kozmické žiarenie zachytené zemským magnetickým poľom, čo viedlo k rôznym úrovniam žiarenia. Z tohto dôvodu sa misie zamerané na LEO zameriavajú na postoje od 160 do 1000 km (99 až 620 mil).
Charakteristika:
V rámci termosféry, termopauzy a exosféry sa atmosférické podmienky líšia. Napríklad dolná časť termosféry (od 80 do 550 kilometrov; 50 až 342 mi) obsahuje ionosféru, ktorá je tak pomenovaná, pretože práve tu v atmosfére sú častice ionizované slnečným žiarením. Výsledkom je, že každá kozmická loď obiehajúca v tejto časti atmosféry musí byť schopná odolať úrovni UV žiarenia a žiarenia tvrdých iónov.
Teploty v tejto oblasti sa tiež zvyšujú s výškou, ktorá je spôsobená extrémne nízkou hustotou jej molekúl. Takže zatiaľ čo teploty v termosfére môžu stúpať až na 1500 ° C (2700 ° F), rozmiestnenie molekúl plynu znamená, že by sa človek necítil horúci pre človeka, ktorý bol v priamom kontakte so vzduchom. V tejto nadmorskej výške sa tiež vyskytujú javy známe ako Aurora Borealis a Aurara Australis.
Exosféra, ktorá je vonkajšou vrstvou zemskej atmosféry, siaha z exobázy a spája sa s prázdnotou vesmíru, kde nie je atmosféra. Táto vrstva sa skladá hlavne z extrémne nízkych hustôt vodíka, hélia a niekoľkých ťažších molekúl vrátane dusíka, kyslíka a oxidu uhličitého (ktoré sú bližšie k exobáze).
Na udržanie obežnej dráhy nízkej Zeme musí mať objekt dostatočnú orbitálnu rýchlosť. Pre objekty vo výške 150 km a viac sa musí udržiavať orbitálna rýchlosť 7,8 km (4,84 míle) za sekundu (28 130 km / h; 17 480 mph). Je to o niečo menšia ako úniková rýchlosť potrebná na to, aby sa dostala na obežnú dráhu, čo je 11,3 km (7 míľ) za sekundu (40 680 km / h; 25277 mph).
Napriek tomu, že gravitačný ťah v LEO nie je výrazne menší ako na povrchu Zeme (približne 90%), ľudia a objekty na obežnej dráhe sú v konštantnom stave voľného pádu, čo vytvára pocit beztiaže.
Použitie LEO:
V tejto histórii výskumu vesmíru bola veľká väčšina ľudských misií na obežnej dráhe Zeme. Medzinárodná vesmírna stanica obieha okolo LEO v nadmorskej výške 320 až 380 km (200 až 240 míľ). A LEO je miestom, kde je rozmiestnená a udržiavaná väčšina umelých satelitov. Dôvody sú pomerne jednoduché.
Na jednej strane by nasadenie rakiet a raketoplánov do výšky nad 1000 km (610 míľ) vyžadovalo podstatne viac paliva. A v rámci LEO komunikačné a navigačné satelity, ako aj vesmírne misie, zažívajú veľkú šírku pásma a nízku oneskorenie komunikácie (aka latencia).
Pokiaľ ide o satelity na pozorovanie Zeme a špionážne satelity, je LEO stále dosť nízka, aby sa dobre pozerala na zemský povrch a riešila veľké objekty a poveternostné vzorce na povrchu. Nadmorská výška tiež umožňuje rýchle orbitálne obdobia (trochu dlhšie ako jedna hodina až dve hodiny), čo im umožňuje vidieť tú istú oblasť na povrchu viackrát za jeden deň.
A samozrejme, vo výškach 160 až 1000 km od zemského povrchu nie sú predmety vystavené intenzívnemu žiareniu Van Allenových pásov. Stručne povedané, LEO je najjednoduchšie, najlacnejšie a najbezpečnejšie miesto na rozmiestnenie satelitov, vesmírnych staníc a vesmírnych misií s posádkou.
Problémy s priestorom Debris:
Vďaka svojej popularite ako destinácií pre satelity a vesmírne misie a so zvyšujúcim sa počtom kozmických lodí v posledných desaťročiach sa spoločnosť LEO čoraz viac zaplňuje vesmírnymi odpadmi. Toto má podobu vyradených raketových javísk, nefunkčných satelitov a zvyškov vytvorených zrážkami medzi veľkými časťami zvyškov.
Existencia tohto odpadu v LEO viedla v posledných rokoch k zvýšenému znepokojeniu, pretože zrážky pri vysokých rýchlostiach môžu byť pre vesmírne misie katastrofické. A pri každej zrážke sa vytvára ďalší odpad, ktorý vytvára deštruktívny cyklus známy ako Kesslerov efekt, ktorý je pomenovaný po vedcovi NASA Donaldovi J. Kesslerovi, ktorý ho prvýkrát navrhol v roku 1978.
V roku 2013 NASA odhadovala, že môže byť až 21 000 bitov nezdravého odpadu väčšieho ako 10 cm, 500 000 častíc medzi 1 a 10 cm a viac ako 100 miliónov menších ako 1 cm. V dôsledku toho sa v posledných desaťročiach prijalo množstvo opatrení na monitorovanie, prevenciu a zmiernenie vesmírnych trosiek a zrážok.
Napríklad v roku 1995 sa NASA stala prvou vesmírnou agentúrou na svete, ktorá vydala súbor komplexných usmernení o tom, ako zmierniť orbitálny odpad. V roku 1997 americká vláda reagovala vypracovaním štandardných postupov zmierňovania orbitálneho znečistenia na základe usmernení NASA.
NASA tiež zriadila programovú kanceláriu Orbital Debris, ktorá koordinuje činnosť s ostatnými federálnymi ministerstvami na sledovanie kozmického odpadu a na riešenie problémov spôsobených zrážkami. Okrem toho americká vesmírna sledovacia sieť v súčasnosti monitoruje približne 8 000 obiehajúcich objektov, ktoré sa považujú za nebezpečenstvo kolízie, a poskytuje nepretržitý tok údajov o obežnej dráhe rôznym agentúram.
Úrad Európskej vesmírnej agentúry (ESA) v oblasti vesmírneho znehodnocovania taktiež spravuje databázový a informačný systém charakterizujúci objekty vo vesmíre (DISCOS), ktorý poskytuje informácie o podrobnostiach spustenia, orbitálnych históriách, fyzikálnych vlastnostiach a popisoch úloh pre všetky objekty, ktoré v súčasnosti sleduje ESA. Táto databáza je medzinárodne uznávaná a používa ju takmer 40 agentúr, organizácií a spoločností na celom svete.
Už viac ako 70 rokov je obežná dráha Low-Earth Orbiton detským priestorom. Príležitostne sme sa vydali za detské ihrisko a ďalej von do slnečnej sústavy (a dokonca aj ďalej). Očakáva sa, že v nadchádzajúcich desaťročiach sa v oblasti LEO uskutoční omnoho viac činností, medzi ktoré patrí rozmiestnenie ďalších satelitov, kubických lodí, pokračovanie operácií na palube ISS a dokonca aj letecký cestovný ruch.
Netreba dodávať, že toto zvýšenie aktivity bude vyžadovať, aby sme urobili niečo pre všetku nevyžiadanú látku prenikajúcu do vesmírnych pruhov. S viac vesmírnymi agentúrami, súkromnými leteckými spoločnosťami a ďalšími účastníkmi, ktorí chcú využiť výhody LEO, bude potrebné vykonať nejaké vážne čistenie. Určite bude potrebné vyvinúť niektoré ďalšie protokoly, aby sa zaistilo, že zostanú čisté.
Tu sme napísali veľa zaujímavých článkov o obežnej dráhe Zeme v časopise Space Magazine. Tu je Čo je to obežná dráha Zeme ?, Aký vysoký je vesmír ?, Koľko satelitov je vo vesmíre ?, Polárne a južné svetlá - Čo je Aurora? a čo je to Medzinárodná vesmírna stanica?
Ak chcete získať viac informácií o nízkej obežnej dráhe Zeme, pozrite si typy obežných dráh z webovej stránky Európskej vesmírnej agentúry. Tu je tiež odkaz na článok agentúry NASA o nízkej obežnej dráhe.
Zaznamenali sme tiež celú epizódu Obsadenia astronómie, ktorá sa týka obchádzania slnečnej sústavy. Počúvajte tu, epizóda 84: Obíďte slnečnú sústavu.
zdroj:
- NASA - Čo je to Orbit?
- ESA - Druhy obežných dráh
- Wikipedia - Nízka obežná dráha Zeme
- Vesmírna budúcnosť - príchod na obežnú dráhu zeme
