Az 1950-es évek elejétől a Sputnik, a Vostok és a Higany programmal az emberek elkezdték „lecsúsztatni a Föld gonosz kötelékeit”. És egy ideig minden küldetésünk az volt, amelyet úgy hívunk, mint Low Earth Earth Orbit (LEO). Az idő múlásával az Apollo missziókkal és a robot űrhajókat (például a Voyager küldetések), elindultunk azon túl, hogy eljutottunk a Holdra és a Naprendszer más bolygóira.
Ám összességében az évek során a világűrbe tett küldetések túlnyomó többsége - akár személyzettel, akár csavar nélkül - az alacsony földi pályára ment. Itt található a Föld hatalmas kommunikációs, navigációs és katonai műholdainak sorozata. És éppen itt működik a Nemzetközi Űrállomás (ISS), ahol manapság a legénységgel rendelkező missziók többsége is megy. Tehát mi az a LEO, és miért hajlandóak minket odaküldeni?
Meghatározás:
Technikai szempontból az alacsony földi pályán lévő tárgyak a Föld felszíne felett 160–2000 km (99–1200 mérföld) tengerszint feletti magasságban vannak. Bármely, e magasság alatt lévő tárgy orbitapusztulástól szenved, és gyorsan leereszkedik a légkörbe, akár felégik, akár összeomlik. Az ezen a magasságban lévő tárgyak körüli periódusidője (vagyis az az idő, amely alatt a Föld körüli pályára kerülnek) 88 és 127 perc között van.
Az alacsony földfenyő pályán lévő tárgyakat légköri húzásnak kell kitenni, mivel azok továbbra is a Föld légkörének felső rétegeiben vannak - nevezetesen a termoszféra (80–500 km; 50–310 mérföld), és szüneteltetve (500–1000 km; 310–3). 620 mérföld) és az exoszféra (1000 km; 620 mérföld és azon túl). Minél magasabb az objektum pályája, annál alacsonyabb az 1 légköri sűrűsége és húzza.
Azonban 1000 km (620 mérföld) távolságra az objektumokat a Föld Van Allen sugárzó öveinek kell kitenni - egy töltött részecskék zónája, amely a Föld felszínétől 60 000 km-re fekszik. Ezekben az övekben a napszél és a kozmikus sugarak csapdába estek a Föld mágneses mezőjében, ami különböző sugárzási szinteket eredményez. Ezért miért célozzák meg a LEO-be irányuló küldetések a 160–1000 km (99–620 mérföld) közötti hozzáállást.
Jellemzők:
A termoszférában, a hőszünetekben és az exoszférában a légköri feltételek változnak. Például a termoszféra alsó része (80–550 kilométer; 50–342 mérföld) tartalmazza az ionoszférát, amelyet úgyneveznek, mert itt a légkörben a részecskék ionizálódnak a napsugárzás által. Ennek eredményeként minden, a légkör ezen részén keringő űrhajónak képesnek kell lennie ellenállni az UV és a kemény ion sugárzás szintjének.
A hőmérséklet ebben a régióban a magassággal is növekszik, ami annak molekuláinak rendkívül alacsony sűrűsége miatt. Tehát, bár a hőmérséklet a termoszférában akár 1500 ° C-ra is emelkedhet, a gázmolekulák közötti távolság azt jelenti, hogy nem érzi magát melegen egy olyan embernél, aki közvetlen kapcsolatban van a levegővel. Ezen a magasságon is ismertek az Aurora Borealis és Aurara Australis néven ismert jelenségek.
Az exoszféra, amely a Föld légkörének legkülső rétege, kinyúlik az exobázisból és összeolvad a világűr ürességével, ahol nincs légkör. Ez a réteg főleg rendkívül alacsony sűrűségű hidrogénből, héliumból és több nehezebb molekulából áll, beleértve nitrogént, oxigént és szén-dioxidot (amelyek közelebb vannak az exobázishoz).
Az alacsony Föld pályájának fenntartásához az objektumnak megfelelő orbitális sebességgel kell rendelkeznie. A 150 km-nél magasabb tengerszint feletti tárgyak esetében másodpercenként 7,8 km (4,84 mérföldes) sebességet kell fenntartani (28130 km / h; 17,480 mph). Ez valamivel kisebb, mint a pályára kerüléshez szükséges menekülési sebesség, amely másodpercenként 11,3 kilométer (7 mérföld) (40 680 km / h; 25277 mph).
Annak ellenére, hogy a LEO gravitációs vonzása nem szignifikánsan kisebb, mint a Föld felületén (körülbelül 90%), a pályán lévő emberek és tárgyak állandó szabadon esnek, ami súlytalanság érzetét kelti.
A LEO felhasználásai:
Az űrkutatás ezen története során az emberi küldetések túlnyomó többsége az alacsony földi pályára ment. A Nemzetközi Űrállomás a LEO-ban is kering, 320 és 380 km (200 és 240 mérföld) között. És a LEO-ban a mesterséges műholdak többségét telepítik és tartják karban. Ennek okai nagyon egyszerűek.
Az egyik esetében a rakéták és az űrrepülőgépek 1000 km (610 mérföld) feletti magasságba történő telepítéséhez lényegesen több üzemanyag szükséges. A LEO-n belül a kommunikációs és navigációs műholdak, valamint az űrküldések nagy sávszélességet és alacsony kommunikációs késleltetést (más néven késést) tapasztalnak.
A Föld megfigyelése és a kém műholdak számára a LEO még mindig elég alacsony ahhoz, hogy jól megnézze a Föld felszínét, és feloldja a felszínen lévő nagy tárgyakat és időjárási mintákat. A tengerszint feletti magasság gyors orbitális periódusokat is lehetővé tesz (egy kicsit több, mint egy óra vagy két óra hosszú), amelyek lehetővé teszik számukra, hogy ugyanazt a régiót a felszínen egy nap alatt többször megtekintsék.
És természetesen a Föld felszínétől 160–1000 km-es magasságban az objektumokat nem szabad kitéve a Van Allen övek intenzív sugárzásának. Röviden: a LEO a legegyszerűbb, legolcsóbb és legbiztonságosabb hely a műholdak, az űrállomások és a legénységgel ellátott űrrepülések telepítéséhez.
Az űrhajók kérdései:
Mivel népszerűsége műholdak és űrhajózási célpontok, valamint az utóbbi évtizedekben az űrhajózások növekvő száma miatt a LEO egyre inkább elterhelt az űrhajókkal. Ez eldobott rakéta szakaszok, nem működő műholdak és nagy törmelék közötti ütközések által létrehozott törmelék formájában valósul meg.
Ennek a törmelékmezőnek a létezése a LEO-ban az utóbbi években egyre növekvő aggodalomra ad okot, mivel a nagy sebességű ütközések katasztrofálisak lehetnek az űri missziók számára. És minden ütközés során további törmelék keletkezik, amely a Kessler-effektus néven ismert pusztító ciklust hoz létre - amelyet a NASA tudósának, Donald J. Kesslernek nevezték el, aki először javasolta 1978-ban.
2013-ban a NASA becslése szerint akár 21 000 bit is lehet 10 cm-nél nagyobb szemét, 500 000 részecske 1 és 10 cm között, több mint 100 millió pedig 1 cm-nél kisebb. Ennek eredményeként az utóbbi évtizedekben számos intézkedést hoztak az űrhajók és az ütközések megfigyelésére, megelőzésére és enyhítésére.
Például 1995-ben a NASA lett az első űrügynökség a világon, amely átfogó iránymutatásokat bocsátott ki az orbitális hulladékok csökkentésére. 1997-ben az Egyesült Államok kormánya úgy reagált, hogy a NASA iránymutatásai alapján kidolgozza az Orbitális Szemetet csökkentő Szabványos Gyakorlatot.
A NASA létrehozta az Orbital Debris Program Office irodát is, amely más szövetségi osztályokkal koordinálja az űrhajók figyelését és az ütközések által okozott zavarok kezelését. Ezen túlmenően az Egyesült Államok Űrfelügyeleti Hálózata jelenleg körülbelül 8000 olyan keringő objektumot figyeli, amelyeket ütközési veszélynek tekintnek, és folyamatos keringési adatfolyamot biztosít a különböző ügynökségek számára.
Az Európai Űrügynökség (ESA) Űrhulladék-irodája fenntartja az Űrkutató Objektumok Adatbázist és Információs Rendszert (DISCOS) is, amely információkat nyújt az indítás részleteiről, a keringési történelemről, a fizikai tulajdonságokról és a küldetések leírásáról az összes tárgy számára, amelyet jelenleg az ESA követ. Ez az adatbázis nemzetközileg elismert, és közel 40 ügynökség, szervezet és vállalat használja világszerte.
Az Alacsony Föld Orbita több mint 70 éve az emberi űrképesség játszótere. Időnként a játszótéren túl és tovább távoztunk a Naprendszerbe (és még azon túl is). Az elkövetkező évtizedekben sokkal több tevékenység várható a LEO-ban, amely magában foglalja több műholdas, köbméter telepítését, az ISS fedélzetén folytatott folyamatos műveleteket és még az űrhajózási turizmust is.
Mondanom sem kell, hogy az aktivitás növekedése megköveteli, hogy tegyünk valamit az űrvonalakat áteresztő minden szemérmével kapcsolatban. Mivel több űrügynökség, magán űrrepülő társaság és más résztvevő szeretne kihasználni a LEO előnyeit, néhány komoly megtisztításra van szükség. És néhány további protokollt feltétlenül fejleszteni kell annak biztosítása érdekében, hogy tiszta maradjon.
Sok érdekes cikket írtunk a Föld körüli pályáról a Space Magazine-ban. Itt van: Mi a Föld pályája ?, Mennyire magas az űr ?, Hány műholda van az űrben ?, Az északi és a déli fény - Mi az aurora? és mi a Nemzetközi Űrállomás?
Ha további információt szeretne az alacsony földi pályáról, nézd meg az Európai Űrügynökség honlapján a pálya típusait. Ezenkívül itt található egy link a NASA alacsony földi pályáról szóló cikkéhez.
A csillagászat teljes epizódját felvettük a Naprendszer körüljárásáról is. Hallgassa meg itt, 84. epizód: Megkerülni a Naprendszert.
Forrás:
- NASA - Mi az Orbit?
- ESA - A pálya típusai
- Wikipedia - alacsony földi pálya
- Űrjövedelem - eljutás az alacsony földi pályára
