Låg jordomloppsbana -Low Earth orbit

Jämförelse av omloppsbana mellan GPS , GLONASS , Galileo , BeiDou-2 och Iridium konstellationer, den internationella rymdstationen , Hubble Space Telescope och geostationär omloppsbana (och dess kyrkogårdsbana ), med Van Allens strålningsbälten och jorden i skalan.
Månens bana är cirka 9 gånger så stor som den geostationära bana. (I SVG-filen, håll muspekaren över en bana eller dess etikett för att markera den; klicka för att läsa in artikeln.)

En låg jordomloppsbana ( LEO ) är en bana runt jorden med en period på 128 minuter eller mindre (som gör minst 11,25 omlopp per dag) och en excentricitet mindre än 0,25. De flesta av de konstgjorda föremålen i yttre rymden är i LEO, med en höjd som aldrig är mer än ungefär en tredjedel av jordens radie .

Termen LEO-region används också för rymden under en höjd av 2 000 km (1 200 mi) (ungefär en tredjedel av jordens radie). Objekt i banor som passerar genom denna zon, även om de har en apogee längre ut eller är suborbitala , spåras noggrant eftersom de utgör en kollisionsrisk för de många LEO-satelliterna.

Alla bemannade rymdstationer har hittills varit inom LEO. Från 1968 till 1972 skickade Apollo-programmets månuppdrag människor bortom LEO. Sedan slutet av Apollo-programmet har inga mänskliga rymdfärder varit bortom LEO.

Definiera egenskaper

En mängd olika källor definierar LEO i termer av höjd . Ett objekts höjd i en elliptisk omloppsbana kan variera avsevärt längs omloppsbanan. Även för cirkulära banor , kan höjden ovan jord variera med så mycket som 30 km (19 mi) (särskilt för polära banor ) på grund av oblatenessen av jord sfäroid figurerar och lokal topografi . Även om definitioner baserade på höjd är i sig tvetydiga, faller de flesta av dem inom intervallet som specificeras av en omloppsperiod på 128 minuter eftersom detta, enligt Keplers tredje lag , motsvarar en halvstor axel på 8 413 km (5 228 mi). För cirkulära banor motsvarar detta i sin tur en höjd av 2 042 km (1 269 mi) över jordens medelradie, vilket överensstämmer med några av de övre höjdgränserna i vissa LEO-definitioner.

LEO-regionen definieras av vissa källor som en region i rymden som LEO-banor upptar. Vissa högst elliptiska banor kan passera genom LEO-regionen nära deras lägsta höjd (eller perigeum ) men är inte i en LEO-bana eftersom deras högsta höjd (eller apogeum ) överstiger 2 000 km (1 200 mi). Suborbitala objekt kan också nå LEO-regionen men är inte i en LEO -bana eftersom de går in i atmosfären igen . Skillnaden mellan LEO-banor och LEO-regionen är särskilt viktig för analys av möjliga kollisioner mellan objekt som kanske inte själva befinner sig i LEO men som kan kollidera med satelliter eller skräp i LEO-banor.

Orbitalaltitudes.svg

Orbitala egenskaper

Den genomsnittliga omloppshastigheten som krävs för att upprätthålla en stabil låg omloppsbana är cirka 7,8 km/s (4,8 mi/s), vilket översätts till 28 000 km/h (17 000 mph). Detta beror dock på banans exakta höjd. Beräknat för en cirkulär bana på 200 km (120 mi) är omloppshastigheten 7,79 km/s (4,84 mi/s), men för en högre bana på 1 500 km (930 mi) reduceras hastigheten till 7,12 km/s (4,42 mi) /s). Uppskjutningsfarkostens delta-v som behövs för att uppnå låg omloppsbana runt jorden börjar runt 9,4 km/s (5,8 mi/s).

Tyngdkraften i LEO är bara något mindre än på jordens yta. Detta beror på att avståndet till LEO från jordens yta är mycket mindre än jordens radie. Ett föremål i omloppsbana är dock i ett permanent fritt fall runt jorden, eftersom båda i omloppsbana balanserar gravitationskraften och centrifugalkraften ut varandra. Som ett resultat fortsätter rymdfarkoster i omloppsbana att stanna i omloppsbana, och människor inom eller utanför sådana farkoster upplever kontinuerligt viktlöshet .

Objekt i LEO möter atmosfäriskt motstånd från gaser i termosfären (cirka 80–600 km över ytan) eller exosfären (cirka 600 km eller 400 mi och högre), beroende på omloppshöjd. Banor för satelliter som når höjder under 300 km (190 mi) förfaller snabbt på grund av luftmotstånd. Objekt i LEO kretsar runt jorden mellan den tätare delen av atmosfären och under det inre Van Allens strålningsbältet .

Ekvatorial låga jordbanor ( ELEO ) är en delmängd av LEO. Dessa banor, med låg lutning mot ekvatorn, tillåter snabba återbesök av platser på låg latitud på jorden och har det lägsta delta-v- kravet (dvs. förbrukat bränsle) av någon omloppsbana, förutsatt att de har den direkta (inte retrograda) orienteringen med med hänsyn till jordens rotation. Banor med mycket hög lutningsvinkel mot ekvatorn kallas vanligtvis polära banor eller solsynkrona banor .

Högre banor inkluderar medium Earth orbit (MEO), ibland kallad intermediate circular orbit (ICO), och längre över, geostationär omloppsbana (GEO). Banor högre än låga omloppsbanor kan leda till tidigt fel på elektroniska komponenter på grund av intensiv strålning och laddningsackumulering.

Under 2017 började "mycket låga omloppsbanor om jorden" ( VLEO ) ses i regulatoriska anmälningar. Dessa banor, under cirka 450 km (280 mi), kräver användning av nya teknologier för att höja omloppsbanor eftersom de fungerar i omloppsbanor som vanligtvis skulle förfalla för tidigt för att vara ekonomiskt användbara.

Använda sig av

Ungefär en halv omloppsbana från den internationella rymdstationen .

En låg omloppsbana om jorden kräver den lägsta mängden energi för satellitplacering. Det ger hög bandbredd och låg kommunikationslatens . Satelliter och rymdstationer i LEO är mer tillgängliga för besättning och service.

Eftersom det kräver mindre energi att placera en satellit i en LEO, och en satellit där behöver mindre kraftfulla förstärkare för framgångsrik överföring, används LEO för många kommunikationstillämpningar, som telefonsystemet Iridium . Vissa kommunikationssatelliter använder mycket högre geostationära banor och rör sig med samma vinkelhastighet som jorden så att de verkar stationära ovanför en plats på planeten.

Nackdelar

Till skillnad från geosynkron satellit har satelliter i LEO ett litet synfält och kan därför observera och kommunicera med endast en bråkdel av jorden åt gången. Det betyder att ett nätverk (eller " konstellation ") av satelliter krävs för att ge kontinuerlig täckning. Satelliter i lägre regioner av LEO lider också av snabbt sönderfall i omloppsbanan och kräver antingen periodisk återförstärkning för att upprätthålla en stabil omloppsbana eller att skjuta upp ersättningssatelliter när gamla kommer in igen.

Exempel

I fiktion
  • I filmen 2001: A Space Odyssey , jordens transitstation ("Space Station V") "kretsade 300 km ovanför jorden."

Före detta

  • Den kinesiska Tiangong-1- stationen befann sig i omloppsbana på cirka 355 kilometer (221 mi), tills den togs ur bana 2018.
  • Den kinesiska Tiangong-2- stationen befann sig i omloppsbana på cirka 370 km (230 mi), tills den togs ur bana 2019.
  • Gravimetriuppdrag som GOCE kretsade omkring 255 km (158 mi) för att mäta jordens gravitationsfält med högsta känslighet. Uppdragets livslängd var begränsad på grund av luftmotståndet. GRACE och GRACE-FO kretsade omkring 500 km (310 mi).

Rymdskrot

LEO-miljön blir överbelastad med rymdskräp på grund av frekvensen av objektuppskjutningar. Detta har orsakat växande oro de senaste åren, eftersom kollisioner med omloppshastigheter kan vara farliga eller dödliga. Kollisioner kan producera ytterligare rymdskräp, vilket skapar en dominoeffekt som kallas Kesslers syndrom . Orbital Debris Program, en del av NASA , spårar över 25 000 föremål större än 10 cm i LEO, det uppskattade antalet mellan 1 och 10 cm i diameter är 500 000. Mängden partiklar större än 1 mm överstiger 100 miljoner. Partiklarna färdas med hastigheter upp till 7,8 km/s (28 000 km/h; 17 500 mph), så även en liten partikelstöt kan allvarligt skada en rymdfarkost.

Se även

Anteckningar

Referenser

Allmängods Den här artikeln innehåller material från allmän egendom från webbplatser eller dokument från National Aeronautics and Space Administration .