HVA ER LAV JORDBANE?

Send

Fra 1950-årene med Sputnik-, Vostok- og Mercury-programmene begynte mennesker å "skli jordens bånd". Og for en tid tilbake var alle våre oppdrag det som kalles Low-Earth Orbit (LEO). Over tid, med Apollo-oppdragene og dype romoppdrag som involverer robot romfartøy (som Voyager-oppdrag), begynte vi å våge oss utover, og nådde månen og andre planeter i solsystemet.

Men stort sett har det store flertallet av oppdrag til verdensrommet gjennom årene - enten det er mannskap eller ubesetning - vært på Low-Earth Orbit. Det er her jordens enorme utvalg av kommunikasjons-, navigasjons- og militære satellitter bor. Og det er her den internasjonale romstasjonen (ISS) gjennomfører sine operasjoner, som også er der flertallet av besatte oppdrag i dag går. Så hva er LEO, og hvorfor er vi så innstilt på å sende ting dit?

Definisjon:

Teknisk er objekter i bane med lav jord i en høyde på mellom 160 til 2000 km (99 til 1200 mi) over jordoverflaten. Ethvert objekt under denne høyden vil være å lide av orbital forfall og vil raskt falle ned i atmosfæren, enten brenne opp eller krasje på overflaten. Gjenstander i denne høyden har også en omløpsperiode (dvs. tiden det vil ta dem å bane rundt jorden en gang) på mellom 88 og 127 minutter.

Gjenstander som befinner seg i en bane med lav jord er utsatt for atmosfærisk drag fordi de fortsatt er innenfor de øvre lagene av jordas atmosfære - spesielt termosfæren (80 - 500 km; 50 - 310 mi), theremopause (500–1000 km; 310– 620 mi), og eksosfæren (1000 km; 620 mi, og videre). Jo høyere objektets bane, jo lavere 1-atmosfæretetthet og dra.

Imidlertid, over 1000 km (620 mi), vil gjenstander være underlagt jordens Van Allen-strålingsbelter - en sone med ladede partikler som strekker seg til en avstand på 60 000 km fra jordens overflate. I disse beltene er solvind og kosmiske stråler fanget av jordas magnetfelt, noe som fører til varierende stråling. Derfor oppdrag til LEO sikter til holdninger mellom 160 til 1000 km (99 til 620 mi).

Kjennetegn:

Innenfor termosfæren, termopausen og eksosfæren varierer atmosfæriske forhold. For eksempel inneholder den nedre delen av termosfæren (fra 80 til 550 kilometer; 50 til 342 mi) ionosfæren, som er såkalt fordi det er her i atmosfæren at partikler blir ionisert av solstråling. Som et resultat må ethvert romfartøy som går i bane i denne delen av atmosfæren, kunne tåle nivåene av UV og hard ionstråling.

Temperaturene i dette området øker også med høyden, noe som skyldes den ekstremt lave tettheten av molekylene. Så mens temperaturene i termosfæren kan stige så høyt som 1500 ° C, betyr avstanden til gassmolekylene at den ikke vil føles varm for et menneske som var i direkte kontakt med luften. Det er også i denne høyden fenomenene kjent som Aurora Borealis og Aurara Australis er kjent for å finne sted.

Eksosfæren, som er det ytterste laget av jordens atmosfære, strekker seg fra eksobasen og smelter sammen med tomheten i det ytre rom, hvor det ikke er atmosfære. Dette laget består hovedsakelig av ekstremt lave tettheter av hydrogen, helium og flere tyngre molekyler inkludert nitrogen, oksygen og karbondioksid (som er nærmere eksobasen).

For å opprettholde en lavjord-bane, må et objekt ha en tilstrekkelig orbitalhastighet. For gjenstander i en høyde av 150 km og over, må en banehastighet på 7,8 km (4,84 mi) per sekund (28,130 km / t; 17,480 mph) opprettholdes. Dette er litt mindre enn rømningshastigheten som trengs for å komme i bane, som er 11,3 kilometer (7 miles) per sekund (40.680 km / t; 25277 mph).

Til tross for at tyngdekraften i LEO ikke er betydelig mindre enn på overflaten av Jorden (ca. 90%), er mennesker og gjenstander i bane i en konstant tilstand av fritt fall, noe som skaper følelsen av vektløshet.

Bruker av LEO:

I denne historien med romutforskning har de aller fleste menneskelige oppdrag vært på Low Earth Orbit. Den internasjonale romstasjonen går i bane i LEO, mellom 320 og 380 km (200 og 240 mi). Og LEO er der flertallet av kunstige satellitter blir distribuert og vedlikeholdt. Årsakene til dette er ganske enkle.

For det første vil utplassering av raketter og romferger til høyder over 1000 km (610 mi) kreve betydelig mer drivstoff. Og innen LEO opplever kommunikasjons- og navigasjonssatellitter, så vel som romfartsoppdrag, høy båndbredde og lav kommunikasjonstidsforsinkelse (aka latency).

For jordobservasjons- og spionssatellitter er LEO fremdeles lav nok til å se godt på jordoverflaten og løse store gjenstander og værmønstre på overflaten. Høyden tillater også raske omløpsperioder (litt over en time til to timer lange), noe som gjør at de kan se det samme området på overflaten flere ganger på en enkelt dag.

Og selvfølgelig, i høyder mellom 160 og 1000 km fra jordens overflate, er gjenstander ikke utsatt for den intense strålingen fra Van Allen Belts. Kort sagt, LEO er det enkleste, billigste og sikreste stedet for utplassering av satellitter, romstasjoner og bemannede romoppdrag.

Problemer med mellomrom:

På grunn av sin popularitet som destinasjoner for satellitter og romoppdrag, og med økninger i romoppskytninger de siste tiårene, blir LEO også stadig mer full av rusk. Dette har form av kasserte rakettstadier, ikke-fungerende satellitter og rusk som er opprettet ved kollisjoner mellom store deler av rusk.

Eksistensen av dette ruskfeltet i LEO har ført til økende bekymring de siste årene, siden kollisjoner med høye hastigheter kan være katastrofale for romoppdrag. Og med hver kollisjon opprettes ytterligere rusk, noe som skaper en destruktiv syklus kjent som Kessler Effect - som er oppkalt etter NASA-forsker Donald J. Kessler, som først foreslo det i 1978.

I 2013 estimerte NASA at det kan være så mye som 21 000 biter med søppel større enn 10 cm, 500 000 partikler mellom 1 og 10 cm, og mer enn 100 millioner mindre enn 1 cm. Som et resultat av det har de siste tiårene blitt truffet mange tiltak for å overvåke, forhindre og dempe rusk og kollisjoner.

I 1995 ble for eksempel NASA det første romfartsorganet i verden som ga ut et sett med omfattende retningslinjer for hvordan man kan dempe orbital rusk. I 1997 svarte den amerikanske regjeringen med å utvikle Orbital Debris Mitigation Standard Practices, basert på NASAs retningslinjer.

NASA har også opprettet Orbital Debris Program Office, som koordinerer med andre føderale avdelinger for å overvåke rusk og for å håndtere forstyrrelser forårsaket av kollisjoner. I tillegg overvåker det amerikanske romfartsovervåkningsnettet for øyeblikket rundt 8000 objekter som blir ansett som kollisjonsfare, og gir en kontinuerlig strøm av baneopplysninger til forskjellige byråer.

Det europeiske romfartsorganets (ESA) Space Debris Office opprettholder også databasen og informasjonssystemet som karakteriserer objekter i verdensrommet (DISCOS), som gir informasjon om lanseringsdetaljer, omløpshistorier, fysiske egenskaper og oppdragsbeskrivelser for alle objekter som nå spores av ESA. Denne databasen er internasjonalt anerkjent og brukes av nesten 40 byråer, organisasjoner og selskaper over hele verden.

I over 70 år har Low-Earth Orbit vært lekeplassen for menneskelig romfasthet. Noen ganger har vi våget oss utover lekeplassen og lenger ut i solsystemet (og til og med utenfor). I de kommende tiårene forventes mye mer aktivitet å finne sted i LEO, som inkluderer utplassering av flere satellitter, kubikkplasser, fortsatt drift ombord på ISS, og til og med luftfartsturisme.

Unødvendig å si, denne økningen i aktivitet vil kreve at vi gjør noe med alt søppel som gjennomsyrer romfeltene. Med flere romfartsbyråer, private luftfartsselskaper og andre deltakere som ønsker å dra nytte av LEO, vil det måtte skje noen alvorlig opprydding. Og noen ekstra protokoller vil helt sikkert trenge å bli utviklet for å sikre at det holder seg rent.

Vi har skrevet mange interessante artikler om bane rundt jorden her på Space Magazine. Her er Hva er jordens bane ?, Hvor høyt er verdensrommet?, Hvor mange satellitter er i verdensrommet?, Nord- og sørlyset - Hva er en Aurora? og hva er den internasjonale romstasjonen?

Hvis du vil ha mer informasjon om bane på lav jord, kan du sjekke banetypene fra nettstedet til European Space Agency. Her er også en lenke til NASAs artikkel om Low Earth Orbit.

Vi har også spilt inn en hel episode av Astronomy Cast alt om Getting Around the Solar System. Hør her, Episode 84: Getting Around the Solar System.

kilder: