Низкая околоземная орбита - Low Earth orbit

Сравнение размеров орбиты GPS, ГЛОНАСС, Галилео, BeiDou-2, и Иридий созвездия Международная космическая станция, то Космический телескоп Хаббла, и геостационарная орбита (и это кладбищенская орбита ), с Радиационные пояса Ван Аллена и земной шар масштабировать.[а]
В Луна Орбита России примерно в 9 раз больше геостационарной орбиты.[b] (В файл SVG, наведите указатель мыши на орбиту или ее метку, чтобы выделить ее; нажмите, чтобы загрузить его статью.)

А низкая околоземная орбита (ЛЕО) является Земная орбита с высота 2000 км (1200 миль) или менее (примерно одна треть радиус Земли ),[1] или минимум 11,25 периодов в день ( орбитальный период 128 минут или меньше) и эксцентриситет менее 0,25.[2] Большинство искусственных объектов в космическое пространство находятся в НОО.[3]

Существует множество других источников[4][5][6] которые определяют LEO с точки зрения высота. Высота объекта в эллиптическая орбита могут существенно меняться по орбите. Даже для круговые орбиты высота над землей может варьироваться на 30 км (19 миль) (особенно для полярные орбиты ) из-за сжатие из Сфероидальная фигура Земли и местные топография. Хотя определения, основанные на высоте, по своей сути неоднозначны, большинство из них попадают в диапазон, указанный периодом обращения 128 минут, потому что, согласно Третий закон Кеплера, это соответствует большая полуось 8,413 км (5,228 миль). Для круговых орбит это, в свою очередь, соответствует высоте на 2042 км (1269 миль) над средним радиусом Земли, что согласуется с некоторыми верхними пределами высоты в некоторых определениях НОО.

Некоторые источники определяют область НОО как область в космосе, которую занимают орбиты НОО.[1][7][8][9] Немного высокоэллиптические орбиты могут проходить через регион НОО вблизи самой низкой высоты (или перигей ), но не находятся на орбите НОО из-за их наибольшей высоты (или апогей ) превышает 2000 км (1242,7 миль). Суборбитальный объекты также могут достигать области НОО, но не находятся на орбите НОО, потому что они снова войти в атмосферу. Различие между орбитами НОО и областью НОО особенно важно для анализа возможных столкновений между объектами, которые сами могут не находиться на НОО, но могут столкнуться со спутниками или обломками на орбитах НОО.

Все с командой космические станции на сегодняшний день, а также большинство спутники, были в НОО. С 1968 по 1972 год Программа Аполлон Лунные миссии отправили людей за пределы НОО. С момента окончания программы Apollo не было полеты человека в космос за пределами LEO.

Орбитальные характеристики

Средняя орбитальная скорость, необходимая для поддержания стабильной низкой околоземной орбиты, составляет около 7,8 км / с (28 000 км / ч; 17 000 миль в час), но уменьшается с увеличением высоты орбиты. Рассчитанное для круговой орбиты 200 км (120 миль) это 7,79 км / с (28000 км / ч; 17 400 миль в час), а для 1500 км (930 миль) это 7,12 км / с (25 600 км / ч; 15 900 миль в час). .[10] В дельта-v необходим для выхода на низкую околоземную орбиту, начинается около 9,4 км / с. Атмосферный и гравитационное сопротивление связанный с запуском, обычно добавляет 1,3–1,8 км / с (4 700–6 500 км / ч; 2 900–4 000 миль в час) к ракете-носителю дельта-v требуется для достижения нормальной орбитальной скорости на НОО около 7,8 км / с (28 080 км / ч; 17 448 миль в час).[11]

Orbitalaltitude.jpg

Притяжение сила тяжести на НОО лишь немного меньше, чем на поверхности Земли. Это связано с тем, что расстояние до НОО от поверхности Земли намного меньше радиуса Земли. Однако объект, находящийся на орбите, по определению находится в свободном падении, поскольку нет силы, удерживающей его. В результате объекты на орбите, в том числе люди, испытывают чувство невесомость, хотя на самом деле они не лишены веса.

Объекты на НОО сталкиваются с атмосферным сопротивлением от газы в термосфера (примерно 80–500 км над поверхностью) или экзосфера (примерно 500 км или 311 миль и выше), в зависимости от высоты орбиты. Из-за атмосферного сопротивления спутники обычно не движутся по орбите ниже 300 км (190 миль). Объекты на низкой околоземной орбите Земли между более плотной частью атмосферы и ниже внутренней Радиационный пояс Ван Аллена.

Экваториальные низкие околоземные орбиты (ELEO) являются разновидностью LEO. Эти орбиты с малым наклоном к экватору позволяют быстро пересматривать низкоширотные места на Земле и имеют самый низкий дельта-v требование (т. е. израсходованное топливо) любой орбиты при условии, что они имеют прямую (не ретроградную) ориентацию по отношению к вращению Земли. Орбиты с большим углом наклона к экватору обычно называют полярные орбиты.

Более высокие орбиты включают средняя околоземная орбита (MEO), иногда называемый промежуточной круговой орбитой (ICO), и далее выше, геостационарная орбита (ГЕО). Орбиты выше низкой может привести к преждевременному отказу электронных компонентов из-за интенсивного радиация и накопление заряда.

В 2017 г. стали наблюдаться "очень низкие околоземные" орбиты. регулирующий документы. Эти орбиты, называемые "VLEO", требуют использования новейших технологий для поднятие орбиты потому что они работают на орбитах, которые обычно распадаются слишком рано, чтобы быть экономически полезными.[12]

Использование LEO

Примерно половина орбиты МКС.

Низкая околоземная орбита требует наименьшего количества энергии для размещения спутника. Он обеспечивает высокую пропускную способность и низкий уровень связи задержка. Спутники и космические станции на НОО более доступны для экипажа и обслуживания.

Поскольку для размещения спутника на НОО требуется меньше энергии, а спутнику там требуются менее мощные усилители для успешной передачи, НОО используется для многих приложений связи, таких как Телефонная система Iridium. Немного спутники связи использовать намного выше геостационарные орбиты, и двигаться с той же угловой скоростью, что и Земля, чтобы казаться неподвижным над одним местом на планете.

Недостатки

Спутники на НОО имеют небольшой кратковременный поле зрения, может наблюдать и общаться только с частью Земли за раз, то есть с сетью (или "созвездие ") спутников требуется для обеспечения непрерывного покрытия. Спутники в нижних регионах НОО также страдают от быстрого орбитальный распад, требуя либо периодической перезагрузки для поддержания стабильной орбиты, либо запуска заменяющих спутников при повторном входе старых.

Примеры

  • Спутники наблюдения Земли и спутники-шпионы используют НОО, поскольку они могут более четко видеть поверхность Земли, находясь ближе к ней. Они также могут пересекать поверхность Земли. Большинство искусственных спутники размещены в НОО,[13] сделать один полный оборот вокруг земной шар примерно через 90 минут.
  • В Международная космическая станция находится на НОО на высоте от 400 км (250 миль) до 420 км (260 миль) над поверхностью Земли,[14] и нуждается в перезагрузке несколько раз в год из-за орбитального распада.
  • Спутники Иридиум орбита на расстоянии около 780 км (480 миль).
  • Более низкие орбиты также помогают дистанционное зондирование спутники из-за дополнительных деталей, которые можно получить. Спутники дистанционного зондирования также могут использовать Солнечно-синхронные орбиты на НОО на высоте около 800 км (500 миль) и близ полярного наклона. Envisat (2002–2012) - один из примеров спутника наблюдения Земли, который использует этот конкретный тип НОО (на 770 км (480 миль)).
  • GOCE на орбите около 255 км (158 миль) для измерения гравитационного поля Земли.
  • ГРЕЙС были, и ГРЕЙС-ФО находятся на орбите около 500 км (310 миль)
  • В Космический телескоп Хаббла орбиты на высоте около 540 км (340 миль) над Землей.
  • Китайский Тяньгун-1 станция находилась на орбите около 355 километров (221 миль).[15], до его спуска с орбиты в 2018 году.
  • Китайский Тяньгун-2 Станция находилась на орбите примерно 370 км (230 миль) до своего спуска с орбиты в 2019 году.

Космический мусор

Среда LEO становится перегруженной космический мусор из-за частоты запусков объекта. В последние годы это вызывает растущую озабоченность, поскольку столкновения с орбитальными скоростями могут быть опасными и даже смертельными. Столкновения могут привести к образованию еще большего количества космического мусора, создавая эффект домино, что-то известное как Синдром Кесслера. В Объединенный центр космических операций, часть Стратегическое командование США (бывшее Космическое командование США) в настоящее время отслеживает более 8 500 объектов размером более 10 см на НОО.[16] Однако ограниченный Обсерватория Аресибо исследование показало, что может быть около миллиона объектов размером более 2 миллиметров,[17] которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть с наземных обсерваторий.[18]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Орбитальные периоды и скорости вычисляются с использованием соотношений 4π2р3 = Т2GM и V2р = GM, куда р, радиус орбиты в метрах; Т, орбитальный период в секундах; V, орбитальная скорость в м / с; грамм, гравитационная постоянная, приблизительно 6.673×10−11 Нм2/кг2; M, масса Земли, примерно 5.98×1024 кг.
  2. ^ Примерно в 8,6 раза (по радиусу и длине), когда Луна находится ближе всего (363104 км ÷ 42164 км) до 9,6 раз, когда Луна самая дальняя (405696 км ÷ 42164 км).

Рекомендации

  1. ^ а б "Рекомендации МККМ по предупреждению образования космического мусора" (PDF). МЕЖУЧРЕЖДЕНЧЕСКИЙ КОМИТЕТ ПО КООРДИНАЦИИ ПО МУСОРУ: Выпущено Руководящей группой и Рабочей группой 4 сентября 2007 г. Область А, Область низкой околоземной орбиты (или НОО) - сферическая область, которая простирается от поверхности Земли до высоты (Z) 2000 км.
  2. ^ «Файлы текущего каталога». Получено 13 июля, 2018. НОО: среднее движение> 11,25 и эксцентриситет <0,25
  3. ^ Сампайо, Джарбас; Внук, Эдвин; Вильена де Мораес, Родольфо; Фернандес, Сандро (01.01.2014). "Резонансная орбитальная динамика в области НОО: в центре внимания космический мусор". Математические проблемы в инженерии. 2014: Рисунок 1: Гистограмма среднего движения внесенных в каталог объектов. Дои:10.1155/2014/929810.
  4. ^ «Определение НИЗКОЙ ОРБИТЫ ЗЕМЛИ». Словарь Merriam-Webster. Получено 2018-07-08.
  5. ^ "Часто задаваемые вопросы". FAA. Получено 2020-02-14. НОО обозначает орбиты, которые обычно имеют высоту менее 2400 км (1491 миль).
  6. ^ Кэмпбелл, Эшли (10.07.2015). «Глоссарий SCaN». НАСА. Получено 2018-07-12. Низкая околоземная орбита (НОО): геоцентрическая орбита с высотой намного меньше радиуса Земли. Спутники на этой орбите находятся на высоте от 80 до 2000 километров над поверхностью Земли.
  7. ^ "Что такое орбита?". НАСА. Дэвид Хитт: Служба образовательных технологий НАСА, Элис Вессон: Лаборатория реактивного движения, Дж.Д. Харрингтон: штаб-квартира; Ларри Купер: штаб-квартира; Флинт Уайлд: MSFC ;, Энн Мари Тротта: штаб-квартира; Дьедра Уильямс: MSFC. 2015-06-01. Получено 2018-07-08. НОО - это первые от 100 до 200 миль (от 161 до 322 км) пространства.CS1 maint: другие (связь)
  8. ^ Сен, Абхиджит; Тивари, Санат Кумар (2014). «Зарядка космического мусора в регионах НОО и ГСО». 40-я научная ассамблея КОСПАР. 40: ПЕДАС.1–41–14. Bibcode:2014cosp ... 40E2964S. Регион LEO (от 100 км [sic] до 1000 км)
  9. ^ Стил, Дилан (2016-05-03). "Руководство для исследователей: Воздействие космической среды". НАСА. п. 7. Получено 2018-07-12. среда на низкой околоземной орбите (НОО), определяемая как 200–1000 км над поверхностью Земли
  10. ^ «Параметры LEO». www.spaceacademy.net.au. Получено 2015-06-12.
  11. ^ Суинерд, Грэм (2008). Как летают космические корабли. Praxis Publishing. С. 103–104. ISBN  978-0387765723.
  12. ^ Мессье, Дуг (2017-03-03). «SpaceX хочет запустить 12 000 спутников». Параболическая дуга. Получено 2018-01-22.
  13. ^ Холли, Рибик (4 сентября 2009 г.). «Земная обсерватория НАСА». earthobservatory.nasa.gov. Получено 2015-11-28.
  14. ^ «Большая высота улучшает экономию топлива на станции». НАСА. Получено 2013-02-12.
  15. ^ "天宫 一号 成功 完成 二次 变轨"
  16. ^ Информационный бюллетень: Объединенный центр космических операций В архиве 2010-02-03 в Wayback Machine
  17. ^ архив астрономии: космический мусор
  18. ^ Лазерная метла МКС, проект Орион В архиве 2011-07-28 на Wayback Machine

Эта статья включаетматериалы общественного достояния с веб-сайтов или документов Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства.