วงโคจรโลกต่ำคืออะไร?

Send

เริ่มต้นในปี 1950 ด้วยโปรแกรม Sputnik, Vostok และ Mercury มนุษย์เริ่มที่จะ "หลุดพ้นพันธะที่น่ารังเกียจของโลก" และชั่วครู่หนึ่งภารกิจทั้งหมดของเราคือสิ่งที่รู้จักกันในชื่อ Low-Earth Orbit (LEO) เมื่อเวลาผ่านไปด้วยภารกิจ Apollo และภารกิจห้วงอวกาศที่เกี่ยวข้องกับยานอวกาศหุ่นยนต์ (เช่น ภารกิจรอบโลก) เราเริ่มที่จะผจญภัยไปถึงดวงจันทร์และดาวเคราะห์ดวงอื่นในระบบสุริยะ

แต่โดยส่วนใหญ่แล้วภารกิจส่วนใหญ่ไปสู่อวกาศในช่วงหลายปีที่ผ่านมาไม่ว่าพวกเขาจะเป็นลูกเรือหรือไม่ได้รับการไปยังวงโคจรของโลก ที่นี่เป็นที่ตั้งของการสื่อสารการนำทางและดาวเทียมทางการทหารมากมายของโลก และเป็นที่นี่ที่สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ดำเนินการปฏิบัติการซึ่งเป็นที่ที่ภารกิจส่วนใหญ่ของลูกเรือในทุกวันนี้ ดังนั้น LEO คืออะไรและทำไมเราจึงต้องการส่งสิ่งที่นั่น

ความหมาย:

ในทางเทคนิควัตถุในวงโคจรโลกต่ำนั้นมีความสูงระหว่าง 160 ถึง 2,000 กม. (99 ถึง 1200 ไมล์) เหนือพื้นผิวโลก วัตถุใด ๆ ที่อยู่ต่ำกว่าระดับความสูงนี้จะต้องทนทุกข์ทรมานจากการสลายตัวของวงโคจรและจะลงสู่ชั้นบรรยากาศอย่างรวดเร็วไม่ว่าจะเป็นการเผาไหม้หรือกระแทกบนพื้นผิว วัตถุที่ระดับความสูงนี้ยังมีระยะเวลาการโคจร (เช่นเวลาที่จะพาพวกมันไปโคจรรอบโลกหนึ่งครั้ง) ระหว่าง 88 ถึง 127 นาที

วัตถุที่อยู่ในวงโคจรต่ำของโลกขึ้นอยู่กับการลากบรรยากาศเนื่องจากยังคงอยู่ในชั้นบนของชั้นบรรยากาศของโลก - โดยเฉพาะเทอร์โมสเฟียร์ (80 - 500 กม.; 50 - 310 ไมล์) 620 ไมล์) และนอกโลก (1000 กม.; 620 ไมล์และสูงกว่า) วงโคจรของวัตถุที่สูงขึ้นความหนาแน่นและการลาก 1atmospheric จะลดลง

อย่างไรก็ตามเกิน 1,000 กม. (620 ไมล์) วัตถุจะต้องอยู่ภายใต้เข็มขัดการแผ่รังสี Van Allen ของโลกซึ่งเป็นโซนของอนุภาคที่มีประจุซึ่งขยายไปเป็นระยะทาง 60,000 กม. จากพื้นผิวโลก ในเข็มขัดเหล่านี้ลมสุริยะและรังสีคอสมิกถูกดักจับโดยสนามแม่เหล็กของโลกซึ่งนำไปสู่ระดับรังสีที่แตกต่างกัน ดังนั้นทำไมภารกิจของ LEO จึงมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ทัศนคติอยู่ระหว่าง 160 ถึง 1,000 กม. (99 ถึง 620 ไมล์)

ลักษณะเฉพาะ:

ภายในเทอร์โมสเฟียร์, เทอร์โมสเฟียร์และเอ็กโซสเฟียร์, สภาพบรรยากาศแตกต่างกันไป ตัวอย่างเช่นส่วนล่างของเทอร์โมสเฟียร์ (จาก 80 ถึง 550 กิโลเมตร; 50 ถึง 342 ไมล์) ประกอบด้วยไอโอโนสเฟียร์ซึ่งมีชื่อเรียกเช่นนี้เพราะมันอยู่ในชั้นบรรยากาศที่อนุภาคถูกอิออนโดยรังสีดวงอาทิตย์ เป็นผลให้ยานอวกาศใด ๆ ที่โคจรอยู่ภายในส่วนนี้ของชั้นบรรยากาศจะต้องสามารถทนต่อระดับของรังสียูวีและรังสีอิออนแบบแข็งได้

อุณหภูมิในภูมิภาคนี้เพิ่มขึ้นด้วยความสูงซึ่งเกิดจากความหนาแน่นต่ำสุดของโมเลกุล ดังนั้นในขณะที่อุณหภูมิในเทอร์โมสเฟียร์สามารถขึ้นสูงถึง 1500 ° C (2700 ° F) ระยะห่างของโมเลกุลก๊าซหมายความว่ามันจะไม่รู้สึกร้อนกับมนุษย์ที่สัมผัสกับอากาศโดยตรง เป็นที่ทราบกันดีว่าปรากฏการณ์นี้เรียกว่า Aurora Borealis และ Aurara Australis เกิดขึ้น

The Exosphere ซึ่งเป็นชั้นนอกสุดของชั้นบรรยากาศของโลกยื่นออกมาจาก exobase และผสานเข้ากับความว่างเปล่าของอวกาศรอบนอกซึ่งไม่มีบรรยากาศ ชั้นนี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยความหนาแน่นต่ำมากของไฮโดรเจนฮีเลียมและโมเลกุลที่หนักกว่าหลายแห่งรวมถึงไนโตรเจนออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ (ซึ่งอยู่ใกล้กับ exobase)

เพื่อรักษาวงโคจรต่ำของโลกวัตถุต้องมีความเร็วในการโคจรที่เพียงพอ สำหรับวัตถุที่ระดับความสูง 150 กม. และสูงกว่าต้องมีความเร็วการโคจร 7.8 กิโลเมตร (4.84 ไมล์) ต่อวินาที (28,130 กม. / ชม.; 17,480 ไมล์ต่อชั่วโมง) นี่น้อยกว่าความเร็วหลบหนีเล็กน้อยที่จำเป็นในการเข้าสู่วงโคจรซึ่งคือ 11.3 กิโลเมตร (7 ไมล์) ต่อวินาที (40,680 km / h; 25277 mph)

แม้ความจริงที่ว่าแรงโน้มถ่วงใน LEO จะไม่น้อยกว่าบนพื้นผิวโลก (ประมาณ 90%) แต่ผู้คนและวัตถุในวงโคจรอยู่ในสภาวะคงตัวของการตกซึ่งทำให้เกิดความรู้สึกไร้น้ำหนัก

การใช้ประโยชน์จาก LEO:

ในประวัติศาสตร์ของการสำรวจอวกาศนี้ภารกิจของมนุษย์ส่วนใหญ่ได้ไปยังวงโคจรของโลกต่ำ สถานีอวกาศนานาชาติยังโคจรใน LEO ระหว่างความสูง 320 ถึง 380 กม. (200 และ 240 ไมล์) และ LEO เป็นที่ซึ่งดาวเทียมส่วนใหญ่ถูกติดตั้งและบำรุงรักษา เหตุผลของเรื่องนี้ค่อนข้างง่าย

สำหรับหนึ่งการติดตั้งจรวดและกระสวยอวกาศสู่ระดับความสูงเหนือ 1,000 กม. (610 ไมล์) จะต้องใช้เชื้อเพลิงมากขึ้น และภายใน LEO ดาวเทียมสื่อสารและการนำทางตลอดจนภารกิจอวกาศสัมผัสกับแบนด์วิดท์สูงและความล่าช้าในการสื่อสารต่ำ (aka latency)

สำหรับการสำรวจโลกและดาวเทียมสอดแนม LEO ยังคงต่ำพอที่จะมองพื้นผิวโลกได้ดีและแก้ไขวัตถุขนาดใหญ่และรูปแบบสภาพอากาศบนพื้นผิว ระดับความสูงยังช่วยให้รอบระยะเวลาการโคจรอย่างรวดเร็ว (น้อยกว่าหนึ่งชั่วโมงถึงสองชั่วโมงยาว) ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถดูภูมิภาคเดียวกันบนพื้นผิวหลายครั้งในวันเดียว

และแน่นอนที่ระดับความสูงระหว่าง 160 ถึง 1,000 กม. จากพื้นผิวโลกวัตถุไม่อยู่ภายใต้การแผ่รังสีที่รุนแรงของสายพานแวนอัลเลน กล่าวโดยย่อคือ LEO เป็นสถานที่ที่ง่ายที่สุดราคาถูกที่สุดและปลอดภัยที่สุดสำหรับการติดตั้งดาวเทียมสถานีอวกาศและภารกิจพื้นที่ลูกเรือ

ปัญหาเกี่ยวกับ Space Debris:

เนื่องจากความนิยมในฐานะที่เป็นจุดหมายปลายทางสำหรับบริวารและภารกิจอวกาศและด้วยการเพิ่มขึ้นของการเปิดตัวของอวกาศในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา LEO จึงกลายเป็นแออัดมากขึ้นเรื่อย ๆ ด้วยซากอวกาศ สิ่งนี้ใช้รูปแบบของขั้นตอนจรวดที่ถูกทอดทิ้งดาวเทียมที่ไม่ทำงานและเศษที่สร้างขึ้นโดยการชนระหว่างชิ้นส่วนขนาดใหญ่

การมีอยู่ของแหล่งเศษซากนี้ใน LEO ได้นำไปสู่ความกังวลที่เพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเนื่องจากการชนที่ความเร็วสูงอาจเป็นหายนะสำหรับภารกิจอวกาศ และด้วยการปะทะกันทุกครั้งจะมีการสร้างเศษซากเพิ่มเติมสร้างวงจรการทำลายล้างที่รู้จักในชื่อ Kessler Effect ซึ่งได้รับการตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ของนาซ่า Donald J. Kessler ซึ่งเป็นผู้เสนอครั้งแรกในปี 1978

ในปี 2013 องค์การนาซ่าคาดการณ์ว่าอาจมีขยะมากถึง 21,000 บิตที่ใหญ่กว่า 10 ซม., 500,000 อนุภาคระหว่าง 1 ถึง 10 ซม. และมากกว่า 100 ล้านเล็กกว่า 1 ซม. เป็นผลให้ในหลายทศวรรษที่ผ่านมามีการใช้มาตรการหลายอย่างในการเฝ้าระวังป้องกันและลดเศษซากและการชนของอวกาศ

ตัวอย่างเช่นในปี 1995 องค์การนาซ่าได้กลายเป็นองค์การอวกาศแห่งแรกในโลกที่ออกแนวทางปฏิบัติที่ครอบคลุมเกี่ยวกับวิธีการลดเศษซากวงโคจร ในปี 1997 รัฐบาลสหรัฐฯได้ตอบโต้ด้วยการพัฒนาวิธีปฏิบัติมาตรฐานการลดวงโคจรตามแนวทางขององค์การนาซ่า

นาซ่ายังได้จัดตั้งสำนักงานโปรแกรมการโคจรของขยะซึ่งประสานงานกับหน่วยงานรัฐบาลกลางอื่น ๆ เพื่อตรวจสอบเศษพื้นที่และจัดการกับการหยุดชะงักที่เกิดจากการชน นอกจากนี้เครือข่ายการเฝ้าระวังอวกาศของสหรัฐอเมริกาในปัจจุบันยังตรวจสอบวัตถุที่โคจรอยู่ 8,000 ชิ้นซึ่งถือว่าเป็นอันตรายจากการชนและให้ข้อมูลวงโคจรต่อเนื่องไปยังหน่วยงานต่างๆ

สำนักงานอวกาศของยุโรป (ESA) ยังมีฐานข้อมูลและวัตถุในระบบข้อมูล (DISCOS) ซึ่งให้ข้อมูลเกี่ยวกับการเปิดตัวประวัติวงโคจรคุณสมบัติทางกายภาพและคำอธิบายภารกิจสำหรับวัตถุทั้งหมดที่ถูกติดตามโดย ESA ฐานข้อมูลนี้เป็นที่ยอมรับในระดับสากลและมีการใช้งานโดยหน่วยงานองค์กรและ บริษัท เกือบ 40 แห่งทั่วโลก

เป็นเวลากว่า 70 ปีแล้วที่ Low-Earth Orbit เป็นสนามเด็กเล่นของความสามารถของมนุษย์ ในบางครั้งเรามีการเสี่ยงภัยเกินกว่าสนามเด็กเล่นและไกลออกไปในระบบสุริยะ (และเกินกว่า) ในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้าคาดว่าจะมีการจัดกิจกรรมมากขึ้นใน LEO ซึ่งรวมถึงการติดตั้งดาวเทียมก้อนการดำเนินงานต่อเนื่องบนสถานีอวกาศนานาชาติและการท่องเที่ยวเชิงการบิน

กิจกรรมที่เพิ่มขึ้นนี้จำเป็นต้องให้เราทำบางสิ่งเกี่ยวกับขยะทั้งหมดที่ไหลผ่านเลนอวกาศ ด้วยหน่วยงานอวกาศ บริษัท การบินและเอกชนและผู้เข้าร่วมอื่น ๆ ที่ต้องการใช้ประโยชน์จาก LEO การล้างข้อมูลที่ร้ายแรงบางอย่างจะต้องเกิดขึ้น และต้องมีการพัฒนาโปรโตคอลเพิ่มเติมบางอย่างเพื่อให้แน่ใจว่ายังคงสะอาดอยู่

เราได้เขียนบทความที่น่าสนใจมากมายเกี่ยวกับการโคจรรอบโลกที่นี่ที่ Space Magazine นี่คือวงโคจรของโลกคืออะไร, พื้นที่สูงเท่าไหร่, ดาวเทียมมีกี่ดวงในอวกาศ, แสงเหนือและใต้ - แสงเหนือคืออะไร? สถานีอวกาศนานาชาติคืออะไร

หากคุณต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับวงโคจรของโลกต่ำให้ตรวจสอบประเภทของวงโคจรจากเว็บไซต์องค์การอวกาศยุโรป นอกจากนี้ยังมีลิงก์ไปยังบทความของ NASA เกี่ยวกับ Low Earth Orbit

นอกจากนี้เรายังได้บันทึกเรื่องราวทั้งหมดของดาราศาสตร์เกี่ยวกับการเดินทางรอบระบบสุริยะ ฟังที่นี่ตอนที่ 84: การเดินทางรอบระบบสุริยะ

แหล่งที่มา: