Nízká oběžná dráha Země -Low Earth orbit
Nízká oběžná dráha Země ( LEO ) je oběžná dráha kolem Země s periodou 128 minut nebo méně ( což činí nejméně 11,25 oběhu za den) a excentricitou menší než 0,25. Většina umělých objektů ve vesmíru je v LEO, s nadmořskou výškou nikdy nepřesahující jednu třetinu poloměru Země .
Termín LEO region se také používá pro oblast vesmíru pod výškou 2 000 km (1 200 mi) (asi jedna třetina poloměru Země). Objekty na oběžné dráze, které procházejí touto zónou, i když mají apogeum dále nebo jsou suborbitální , jsou pečlivě sledovány, protože představují riziko kolize pro mnoho satelitů LEO.
Všechny dosavadní vesmírné stanice s posádkou byly v LEO. V letech 1968 až 1972 poslaly lunární mise programu Apollo lidi za LEO. Od konce programu Apollo nebyly žádné lidské lety do vesmíru za LEO.
Definování vlastností
Široká škála zdrojů definuje LEO v podmínkách nadmořské výšky . Výška objektu na eliptické dráze se může podél oběžné dráhy výrazně lišit. Dokonce i pro kruhové dráhy se výška nad zemí může lišit až o 30 km (19 mi) (zejména pro polární dráhy ) kvůli oblateness sféroidního tvaru Země a místní topografii . Zatímco definice založené na nadmořské výšce jsou ze své podstaty nejednoznačné, většina z nich spadá do rozsahu určeného oběžnou dobou 128 minut, protože podle třetího Keplerova zákona to odpovídá hlavní poloose 8 413 km (5 228 mi). U kruhových drah to zase odpovídá výšce 2 042 km (1 269 mi) nad středním poloměrem Země, což je v souladu s některými horními limity nadmořské výšky v některých definicích LEO.
Oblast LEO je některými zdroji definována jako oblast ve vesmíru, kterou obíhá LEO. Některé vysoce eliptické dráhy mohou procházet oblastí LEO blízko jejich nejnižší výšky (nebo perigea ), ale nejsou na oběžné dráze LEO, protože jejich nejvyšší výška (neboli apogeum ) přesahuje 2 000 km (1 200 mi). Suborbitální objekty mohou také dosáhnout oblasti LEO, ale nejsou na oběžné dráze LEO, protože znovu vstoupí do atmosféry . Rozlišení mezi drahami LEO a oblastí LEO je zvláště důležité pro analýzu možných kolizí mezi objekty, které samy nemusí být v LEO, ale mohly by se srazit se satelity nebo troskami na drahách LEO.
Orbitální charakteristiky
Střední orbitální rychlost potřebná k udržení stabilní nízké oběžné dráhy Země je asi 7,8 km/s (4,8 mil/s), což znamená 28 000 km/h (17 000 mph). To však závisí na přesné výšce oběžné dráhy. Vypočteno pro kruhovou dráhu 200 km (120 mi) je orbitální rychlost 7,79 km/s (4,84 mi/s), ale pro vyšší oběžnou dráhu 1 500 km (930 mi) je rychlost snížena na 7,12 km/s (4,42 mi). /s). Delta-v nosné rakety potřebná k dosažení nízké oběžné dráhy Země začíná kolem 9,4 km/s (5,8 mil/s).
Gravitační síla v LEO je jen o něco menší než na povrchu Země. Je to proto, že vzdálenost LEO od zemského povrchu je mnohem menší než poloměr Země. Objekt na oběžné dráze je však v neustálém volném pádu kolem Země, protože na oběžné dráze se gravitační a odstředivá síla vzájemně vyvažují. Výsledkem je, že kosmické lodě na oběžné dráze nadále zůstávají na oběžné dráze a lidé uvnitř nebo vně takových lodí neustále zažívají stav beztíže .
Objekty v LEO se setkávají s atmosférickým odporem plynů v termosféře (přibližně 80–600 km nad povrchem) nebo exosféře (přibližně 600 km nebo 400 mil a výše), v závislosti na výšce oběžné dráhy. Dráhy satelitů, které dosahují výšek pod 300 km (190 mi), se rychle rozpadají v důsledku atmosférického odporu. Objekty v LEO obíhají Zemi mezi hustší částí atmosféry a pod vnitřním Van Allenovým radiačním pásem .
Rovníkové nízké oběžné dráhy Země ( ELEO ) jsou podmnožinou LEO. Tyto oběžné dráhy s nízkým sklonem k rovníku umožňují rychlé časy opětovné návštěvy míst v nízkých zeměpisných šířkách na Zemi a mají nejnižší požadavek delta-v (tj. spotřebované palivo) ze všech oběžných drah za předpokladu, že mají přímou (nikoli retrográdní) orientaci s vzhledem k rotaci Země. Dráhy s velmi vysokým úhlem sklonu k rovníku se obvykle nazývají polární dráhy nebo sluneční synchronní dráhy .
Vyšší oběžné dráhy zahrnují střední oběžnou dráhu Země (MEO), někdy nazývanou střední kruhová dráha (ICO), a dále nad geostacionární dráhu (GEO). Oběžné dráhy vyšší než nízká mohou vést k brzkému selhání elektronických součástek v důsledku intenzivního záření a akumulace náboje.
V roce 2017 se v regulačních hlášeních začaly objevovat „velmi nízké oběžné dráhy Země“ ( VLEO ) . Tyto oběžné dráhy, pod asi 450 km (280 mi), vyžadují použití nových technologií pro zvýšení oběžné dráhy , protože fungují na oběžných drahách, které by se obvykle rozpadly příliš brzy na to, aby byly ekonomicky užitečné.
Použití
Nízká oběžná dráha Země vyžaduje nejmenší množství energie pro umístění satelitu. Poskytuje velkou šířku pásma a nízkou komunikační latenci . Satelity a vesmírné stanice v LEO jsou pro posádku a servis dostupnější.
Protože umístění satelitu do LEO vyžaduje méně energie a satelit tam potřebuje méně výkonné zesilovače pro úspěšný přenos, LEO se používá pro mnoho komunikačních aplikací, jako je telefonní systém Iridium . Některé komunikační satelity používají mnohem vyšší geostacionární dráhy a pohybují se stejnou úhlovou rychlostí jako Země, jako by se jevily jako nehybné nad jedním místem na planetě.
Nevýhody
Na rozdíl od geosynchronního satelitu mají satelity v LEO malé zorné pole, a tak mohou pozorovat a komunikovat pouze se zlomkem Země najednou. To znamená, že k zajištění nepřetržitého pokrytí je nutná síť (nebo " souhvězdí ") satelitů. Satelity v nižších oblastech LEO také trpí rychlým rozpadem oběžné dráhy a vyžadují buď pravidelné posilování, aby si udržely stabilní orbitu, nebo vypouštění náhradních satelitů, když se staré znovu dostanou.
Příklady
- Mezinárodní vesmírná stanice je v LEO asi 400 km (250 mi) až 420 km (260 mi) nad zemským povrchem a kvůli rozpadu na oběžné dráze potřebuje několikrát do roka opětovné posílení.
- Telekomunikační satelity Iridium obíhají ve vzdálenosti asi 780 km (480 mi).
- Družice pro pozorování Země , známé také jako družice dálkového průzkumu , včetně špionážních družic a dalších družic pro snímkování Země, využívají LEO, protože jsou schopny vidět povrch Země jasněji tím, že jsou k němu blíže. Většina umělých satelitů je umístěna v LEO. Satelity mohou také využívat výhody konzistentního osvětlení povrchu níže prostřednictvím slunečních synchronních drah LEO ve výšce asi 800 km (500 mi) a blízko polárního sklonu. Envisat (2002–2012) je jedním z příkladů.
- Hubbleův vesmírný dalekohled obíhá ve výšce asi 540 km (340 mi) nad Zemí .
- Čínská vesmírná stanice Tiangong byla vypuštěna v dubnu 2021 a v současné době obíhá ve vzdálenosti asi 340 kilometrů (210 mi) až 450 kilometrů (280 mi).
- V beletrii
- Ve filmu 2001: Vesmírná odysea , pozemská tranzitní stanice ("Space Station V") "obíhala 300 km nad Zemí."
Bývalý
- Čínská stanice Tiangong-1 byla na oběžné dráze ve vzdálenosti asi 355 kilometrů (221 mil), až do své de-orbity v roce 2018.
- Čínská stanice Tiangong-2 byla na oběžné dráze ve vzdálenosti asi 370 km (230 mi), až do své de-orbity v roce 2019.
- Gravimetrické mise, jako je GOCE , obíhaly ve vzdálenosti asi 255 km (158 mil), aby změřily gravitační pole Země s nejvyšší citlivostí. Životnost mise byla omezena kvůli atmosférickému odporu. GRACE a GRACE-FO obíhají ve vzdálenosti asi 500 km (310 mi).
Vesmírný odpad
Prostředí LEO je zahlceno vesmírným odpadem kvůli frekvenci startů objektů. To v posledních letech vyvolalo rostoucí obavy, protože srážky při orbitálních rychlostech mohou být nebezpečné nebo smrtící. Kolize mohou produkovat další vesmírný odpad a vytvořit dominový efekt známý jako Kesslerův syndrom . Orbital Debris Program, součást NASA , sleduje přes 25 000 objektů větších než 10 cm v LEO, odhadovaný počet mezi 1 a 10 cm v průměru je 500 000. Množství částic větších než 1 mm přesahuje 100 milionů. Částice se pohybují rychlostí až 7,8 km/s (28 000 km/h; 17 500 mph), takže i malý dopad částic může vážně poškodit kosmickou loď.
Viz také
- Srovnání orbitálních odpalovacích systémů
- Geostacionární dráha (GEO)
- Nosná raketa s těžkým zdvihem
- Vysoká oběžná dráha Země (HEO)
- Vysoce eliptická dráha (HEO)
- Seznam oběžných drah
- Střední oběžná dráha Země (MEO)
- Nosná raketa se středním zdvihem
- Konkrétní příklady orbitální energie
- Suborbitální kosmický let
- Ukrajinská optická zařízení pro síť sledování vesmíru v blízkosti Země
- Van Allenův radiační pás
Poznámky
Reference
Tento článek zahrnuje materiály veřejné domény z webových stránek nebo dokumentů Národního úřadu pro letectví a vesmír .