MIS ON MAAPINNA ORBIIT?

Send

Alates 1950ndatest Sputniku, Vostoki ja Merkuuri programmidega hakkasid inimesed „libistama Maa kohmakaid sidemeid“. Ja mõnda aega olid kõik meie missioonid nn madala maa orbiit (LEO). Aja jooksul koos Apollo missioonidega ja süvakosmose missioonidega, mis hõlmasid kosmoseaparaate (nt Voyageri missioonid), asusime ettevõtma kaugemale, jõudes Kuule ja teistele Päikesesüsteemi planeetidele.

Kuid suures osas on valdav enamus aastate jooksul kosmoseülesandeid - olgu need siis meeskonnaga või lahti keeratud - olnud Maapõhja orbiidile. Just siin asub Maa tohutu hulk kommunikatsiooni-, navigatsiooni- ja sõjalisi satelliite. Ja just siin viib oma tegevust läbi rahvusvaheline kosmosejaam (ISS), kuhu lähevad ka enamus meeskonnaga missioone. Mis on LEO ja miks me kavatseme sinna asju saata?

Definitsioon:

Tehniliselt asuvad maapinnal orbiidil olevad objektid maapinnast 160–2000 km (99–1200 mi) kõrgusel. Kõik selle kõrguse all olevad objektid kannatavad orbiidi kõdunemise all ja laskuvad kiiresti atmosfääri, kas põledes läbi või purunedes pinnale. Sellel kõrgusel asuvate objektide orbitaalperiood (s.t aeg, mis kulub neil üks kord Maa tiirlemiseks) on 88 kuni 127 minutit.

Objektid, mis asuvad madala Maa orbiidil, mõjutavad atmosfääri, kuna need asuvad endiselt Maa atmosfääri ülemistes kihtides - nimelt termosfääris (80–500 km; 50–310 miili), seal liikudes (500–1000 km; 310–). 620 mi) ja eksosfäär (1000 km; 620 miili ja kaugemal). Mida kõrgem on objekti orbiit, seda väiksem on atmosfääri tihedus ja lohistage.

Kuid kaugemal kui 1000 km (620 mi) jäävad objektid Maa Van Alleni kiirgusvööde alla - laetud osakeste tsooni, mis ulatub Maa pinnast 60 000 km kaugusele. Nendes vöödes on Maa tuul lõksanud päikesetuule ja kosmilised kiired, põhjustades erineva kiirgustaseme. Seetõttu on LEO-missioonide eesmärk hoiakud 160–1000 km (99–620 mi).

Omadused:

Termosfääris, termopausis ja eksosfääris on atmosfääritingimused erinevad. Näiteks termosfääri alumine osa (80–550 kilomeetrit; 50–342 miili) sisaldab ionosfääri, mida nimetatakse ka seetõttu, et just atmosfääris ioniseeruvad osakesed päikesekiirguse toimel. Selle tulemusel peab iga atmosfääri selles osas tiirlev kosmoselaev taluma ultraviolettkiirguse ja kõva ioonide kiirguse taset.

Temperatuurid selles piirkonnas tõusevad ka koos kõrgusega, mis on tingitud selle molekulide äärmiselt madalast tihedusest. Ehkki temperatuur võib termosfääris tõusta koguni 1500 ° C (2700 ° F), tähendab gaasimolekulide vahekaugus, et õhuga vahetult kokkupuutuva inimese jaoks ei tunneks see kuuma. Ka sellel kõrgusel toimuvad teadaolevalt nähtused, mida nimetatakse Aurora Borealis ja Aurara Australis.

Eksosfäär, mis on Maa atmosfääri kõige välimine kiht, ulatub eksobaasist ja sulandub kosmose tühjusega, kus puudub atmosfäär. See kiht koosneb peamiselt vesiniku, heeliumi ja mitme raskema molekuli, sealhulgas lämmastiku, hapniku ja süsinikdioksiidi, eriti madala tihedusega (eksobaasile lähemal).

Madala Maa orbiidi säilitamiseks peab objektil olema piisav orbitaalkiirus. 150 km kõrgusel ja üle selle asuvate objektide orbitaalkiirus peab olema 7,8 km (4,84 mi) sekundis (28130 km / h; 17,480 mph). See on pisut vähem kui orbiidile jõudmiseks vajalik evakuatsioonikiirus, mis on 11,3 kilomeetrit (7 miili) sekundis (40 680 km / h; 25277 mph).

Hoolimata asjaolust, et raskusjõu tõmbamine LEO-s ei ole oluliselt väiksem kui Maa pinnal (umbes 90%), on orbiidil olevad inimesed ja objektid pidevas vabalanguse olekus, mis tekitab kaalutunde.

LEO kasutusalad:

Selles kosmoseuuringute ajaloos on valdav enamus inimmissioone olnud Maa madalale orbiidile. Rahvusvaheline kosmosejaam tiirleb ka LEO-s 320–380 km (200 ja 240 miili) vahel. Ja LEO on koht, kus enamikku tehissatelliite kasutatakse ja hooldatakse. Selle põhjused on üsna lihtsad.

Ühe jaoks vajaks rakettide ja kosmosesüstikute kasutuselevõtt 1000 km (610 miili) kõrgusel märkimisväärselt rohkem kütust. Ja LEO piires kogevad side- ja navigatsioonisatelliitide ning ka kosmoseülesannete täitmine suurt ribalaiust ja vähest sideaega (teise nimega latentsus).

Maa vaatlus- ja spioonsatelliitide jaoks on LEO endiselt piisavalt madal, et saada Maa pinnalt hea ülevaade ja lahendada pinnal olevad suured objektid ja ilmastikumudelid. Kõrgus võimaldab ka kiireid orbitaalperioode (veidi üle tunni kuni kahe tunni pikkused), mis võimaldab neil ühe päeva jooksul sama pinda pinnal mitu korda vaadata.

Ja muidugi, 160–1000 km kõrgusel Maa pinnast ei tohi objektid Van Allen Belts'i intensiivse kiirguse all olla. Lühidalt öeldes on LEO satelliitide, kosmosejaamade ja meeskonnaga läbiviidavate kosmosemissioonide kasutuselevõtmiseks kõige lihtsam, odavam ja ohutum koht.

Kosmoseprahi probleemid:

LEO on oma populaarsuse tõttu satelliitide ja kosmoseülesannete sihtkohtadena ning viimastel aastakümnetel kosmoseaparaatide arvu suurenemise tõttu ummistunud ka kosmosejäätmetega. See toimub kasutuselt kõrvaldatud raketi staadiumide, mittefunktsioneerivate satelliitide ja suurte prahitükkide kokkupõrke tagajärjel tekkinud prahi kujul.

Selle prügivälja olemasolu LEO-s on viimastel aastatel põhjustanud üha suuremat muret, kuna suure kiirusega kokkupõrked võivad olla kosmoseülesannete jaoks katastroofilised. Ja iga kokkupõrke korral tekib täiendav praht, mis loob hävitava tsükli, mida tuntakse Kessleri efekti nime all - see on oma nime saanud NASA teadlase Donald J. Kessleri järgi, kes tegi selle esmakordselt 1978. aastal.

NASA hinnangul võib 2013. aastal olla kuni 21 000 bitti rämpsu, mis on suurem kui 10 cm, 500 000 osakest vahemikus 1–10 cm ja üle 100 miljoni väiksema kui 1 cm. Selle tulemusel on viimastel aastakümnetel võetud arvukalt meetmeid kosmoseprahi ja kokkupõrgete jälgimiseks, ennetamiseks ja leevendamiseks.

Näiteks 1995. aastal sai NASA maailmas esimeseks kosmoseagentuuriks, mis andis välja terviklikud juhised orbitaaljäätmete leevendamiseks. 1997. aastal reageeris USA valitsus NASA juhistele tuginedes orbitaaljäätmete leevendamise tavade väljatöötamisega.

NASA on asutanud ka Orbital Debris Program Office'i, mis koordineerib teiste föderaalsete osakondadega kosmoseprügi jälgimist ja kokkupõrgetest põhjustatud häiretega tegelemist. Lisaks jälgib USA kosmoseseirevõrk praegu umbes 8000 orbiidil liikuvat objekti, mida peetakse kokkupõrkeohtlikuks, ning pakub orbiidide andmete pidevat voogu erinevatesse agentuuridesse.

Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) kosmoseprügi büroo haldab ka kosmoseobjekte iseloomustavat andmebaasi ja infosüsteemi (DISCOS), mis pakub teavet kõigi ESA poolt praegu jälgitavate objektide stardi üksikasjade, orbitaalide ajaloo, füüsiliste omaduste ja missioonikirjelduste kohta. See andmebaas on rahvusvaheliselt tunnustatud ja seda kasutab peaaegu 40 asutust, organisatsiooni ja ettevõtet kogu maailmas.

Juba üle 70 aasta on Madal Maa orbiit olnud inimeste kosmosevõime mänguväljak. Aeg-ajalt oleme julgenud minna mänguväljakust kaugemale ja kaugemale Päikesesüsteemi (ja isegi kaugemale). Järgmistel aastakümnetel on LEO-s oodata palju rohkem tegevusi, mis hõlmavad rohkemate satelliitide, kuupmeetrite kasutuselevõttu, ISS-is jätkuvaid operatsioone ja isegi lennundusturismi.

Ütlematagi selge, et see aktiivsuse suurenemine nõuab, et me teeksime midagi kogu kosmoseradasid läbiva rämpsuni. Kui kosmoseagentuure, eralennunduse ja kosmoseettevõtteid ning teisi osalejaid soovib LEO eeliseid kasutada, tuleb teha tõsine puhastus. Ja kindlasti on vaja välja töötada mõned lisaprotokollid, et see püsiks puhtana.

Oleme kirjutanud kosmoseajakirjas palju huvitavaid artikleid Maa tiirlemise kohta. Siit saate teada, mis on Maa orbiit? Kui kõrge on kosmos? Kui palju satelliite on kosmoses ?, Põhja- ja lõunatuled - mis on aurora? ja mis on rahvusvaheline kosmosejaam?

Kui soovite rohkem teavet madala Maa orbiidi kohta, vaadake orbiidi tüüpe Euroopa Kosmoseagentuuri veebisaidilt. Samuti on siin link NASA artiklile Maa madala orbiidi kohta.

Oleme salvestanud ka terve osa astronoomiast, mis rääkisid kogu päikesesüsteemis ringi liikumisest. Kuulake siin, episood 84: Päikesesüsteemis ringi liikumine.

Allikad: