วงโคจรของโลกต่ำ

ต่ำโลกวงโคจร ( LEO ) เป็นวงโคจรของโลกเป็นศูนย์กลางใกล้กับดาวเคราะห์ที่มักจะระบุไว้เป็นระยะเวลาการโคจร 128 นาทีหรือน้อยกว่า (ทำให้อย่างน้อย 11.25 วงโคจรต่อวัน) และความผิดปกติน้อยกว่า 0.25 [1]ส่วนใหญ่ของวัตถุเทียมในพื้นที่รอบนอกมีในราศีสิงห์มีความสูงไม่เกินประมาณหนึ่งในสามของรัศมีของโลก [2]

เปรียบเทียบขนาดของวงโคจรของ GPS , GLONASS , กาลิเลโอ , Beidou-2และ อิริเดียมกลุ่มดาวที่ สถานีอวกาศนานาชาติที่ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิและ วงโคจร (และของ วงโคจรสุสาน ) กับ เข็มขัดรังสีแวนอัลเลนและ โลกขนาด [a]
ดวงจันทร์โคจร 's เป็นรอบ 9 ครั้งมีขนาดใหญ่เป็นวงโคจร [b] (ใน ไฟล์ SVGวางเมาส์เหนือวงโคจรหรือป้ายกำกับเพื่อไฮไลต์คลิกเพื่อโหลดบทความ)

นอกจากนี้คำว่า "ภูมิภาค LEO" ยังใช้สำหรับพื้นที่ใต้ระดับความสูง 2,000 กม. (1,200 ไมล์) (ประมาณหนึ่งในสามของรัศมีโลก ) [3]วัตถุในวงโคจรที่ผ่านบริเวณนี้แม้ว่าจะมีapogee อยู่ไกลออกไปหรือเป็นวงโคจรย่อยก็ตามจะได้รับการติดตามอย่างระมัดระวังเนื่องจากมีความเสี่ยงในการชนกับดาวเทียมจำนวนมากใน LEO

สถานีอวกาศที่มีลูกเรือทั้งหมดอยู่ใน LEO ตั้งแต่ปี 1968 ถึง 1972 ภารกิจบนดวงจันทร์ของโครงการ Apolloได้ส่งมนุษย์ไปไกลกว่า LEO นับตั้งแต่สิ้นสุดโครงการ Apollo ไม่มีการบินอวกาศของมนุษย์นอกเหนือจาก LEO

หลากหลายของแหล่งที่มา[4] [5] [6]กำหนด LEO ในแง่ของระดับความสูง ระดับความสูงของวัตถุในวงโคจรรูปไข่อาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญตามวงโคจร แม้สำหรับวงโคจรเป็นวงกลม , ความสูงเหนือพื้นดินสามารถแตกต่างกันได้มากถึง 30 กิโลเมตร (19 ไมล์) (โดยเฉพาะสำหรับวงโคจรขั้วโลก ) เนื่องจากการoblatenessของรูปทรงรีของโลกและระดับท้องถิ่นภูมิประเทศ ในขณะที่คำจำกัดความตามระดับความสูงมีความคลุมเครือโดยเนื้อแท้ แต่ส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วงที่กำหนดโดยระยะโคจร 128 นาทีเนื่องจากตามกฎข้อที่สามของเคปเลอร์สิ่งนี้สอดคล้องกับแกนกึ่งสำคัญที่ 8,413 กม. (5,228 ไมล์) สำหรับวงโคจรแบบวงกลมสิ่งนี้จะสอดคล้องกับระดับความสูง 2,042 กม. (1,269 ไมล์) เหนือรัศมีเฉลี่ยของโลกซึ่งสอดคล้องกับขีดจำกัดความสูงด้านบนในบางคำจำกัดความของ LEO

ภูมิภาค LEO ถูกกำหนดโดยแหล่งที่มาบางแห่งเป็นพื้นที่ในอวกาศที่ LEO โคจรอยู่ [3] [7] [8]บางวงโคจรเป็นรูปวงรีสูงอาจผ่านภูมิภาค LEO ใกล้ระดับความสูงต่ำสุด (หรือperigee ) แต่ไม่ได้อยู่ในวงโคจร LEO เพราะระดับความสูงสูงสุดของพวกเขา (หรือสุดยอด ) เกิน 2,000 กม. (1,242.7 ไมล์) Sub-โคจรวัตถุยังสามารถเข้าถึงภูมิภาค LEO แต่ไม่ได้อยู่ในวงโคจร LEO เพราะพวกเขาเข้ามาอีกครั้งบรรยากาศ ความแตกต่างระหว่างวงโคจร LEO และพื้นที่ LEO มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการวิเคราะห์การชนกันที่เป็นไปได้ระหว่างวัตถุซึ่งอาจไม่ได้อยู่ใน LEO แต่สามารถชนกับดาวเทียมหรือเศษเล็กเศษน้อยในวงโคจร LEO

ความเร็วในการโคจรเฉลี่ยที่จำเป็นในการรักษาวงโคจรระดับต่ำของโลกให้คงที่คือประมาณ 7.8 กม. / วินาที (28,000 กม. คำนวณสำหรับวงโคจร 200 กม. (120 ไมล์) คือ 7.79 กม. / วินาที (28,000 กม. / ชม. 17,400 ไมล์ต่อชั่วโมง) และ 1,500 กม. (930 ไมล์) เท่ากับ 7.12 กม. / วินาที (25,600 กม. / ชม. 15,900 ไมล์ต่อชั่วโมง) . [9]เดลต้า -vจำเป็นเพื่อให้บรรลุโลกโคจรต่ำเริ่มต้นรอบ 9.4 กิโลเมตร / วินาที การลากบรรยากาศและแรงโน้มถ่วงที่เกี่ยวข้องกับการเปิดตัวโดยทั่วไปจะเพิ่ม 1.3–1.8 กม. / วินาที (4,700–6,500 กม. / ชม.; 2,900–4,000 ไมล์ต่อชั่วโมง) ไปยังเดลต้า - วีของรถปล่อยที่ต้องการเพื่อให้ถึงความเร็ววงโคจร LEO ปกติประมาณ 7.8 กม. / วินาที (28,100 กม. / ชม. 17,400 ไมล์ต่อชั่วโมง) [10]

Orbitalaltitudes.jpg

ดึงของแรงโน้มถ่วงในราศีสิงห์เป็นเพียงเล็กน้อยน้อยกว่าบนพื้นผิวโลก เนื่องจากระยะห่างจาก LEO จากพื้นผิวโลกน้อยกว่ารัศมีของโลกมาก อย่างไรก็ตามวัตถุในวงโคจรนั้นตามคำจำกัดความในการตกอย่างอิสระเนื่องจากไม่มีแรงใด ๆ ที่จะยึดมันไว้ ส่งผลให้วัตถุในวงโคจรรวมถึงผู้คนสัมผัสกับความรู้สึกไร้น้ำหนักแม้ว่าจะไม่ได้มีน้ำหนักจริงก็ตาม

วัตถุใน LEO พบบรรยากาศลากจากก๊าซในเทอร์โม (โดยประมาณ 80-600 กิโลเมตรเหนือพื้นผิว) หรือExosphere (ประมาณ 600 กิโลเมตรหรือ 400 ไมล์และสูงกว่า) ขึ้นอยู่กับความสูงของวงโคจร เนื่องจากการลากในชั้นบรรยากาศดาวเทียมมักจะไม่โคจรต่ำกว่า 300 กม. (190 ไมล์) วัตถุใน LEO วงโคจรของโลกระหว่างส่วนที่หนาแน่นของบรรยากาศและด้านล่างภายในเข็มขัดรังสีแวนอัลเลน

วงโคจรต่ำของโลกในแนวอิเควทอเรียล (ELEO) เป็นส่วนหนึ่งของ LEO วงโคจรเหล่านี้ซึ่งมีความเอียงไปยังเส้นศูนย์สูตรต่ำทำให้สามารถกลับมาที่ตำแหน่งละติจูดต่ำบนโลกได้อย่างรวดเร็วและมีความต้องการเดลต้า -vต่ำที่สุด(เช่นเชื้อเพลิงที่ใช้ไป) ของวงโคจรใด ๆ หากมีการวางแนวตรง (ไม่ใช่ถอยหลังเข้าคลอง) ด้วย เกี่ยวกับการหมุนของโลก วงโคจรกับมุมเอียงสูงมากกับเส้นศูนย์สูตรของโลกมักจะเรียกว่าวงโคจรขั้วโลก

วงโคจรที่สูงกว่า ได้แก่วงโคจรของโลกขนาดกลาง (MEO) บางครั้งเรียกว่าวงโคจรวงกลมกลาง (ICO) และวงโคจรที่สูงกว่านั้นคือวงโคจร geostationary (GEO) วงโคจรที่สูงกว่าวงโคจรต่ำอาจทำให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ล้มเหลวในช่วงต้นเนื่องจากการแผ่รังสีที่รุนแรงและการสะสมของประจุ

ในปี 2560 วงโคจร "ต่ำมาก" เริ่มปรากฏให้เห็นในเอกสารที่ยื่นต่อกฎข้อบังคับ วงโคจรเหล่านี้ซึ่งอยู่ต่ำกว่า 450 กม. (280 ไมล์) และเรียกว่า " VLEO " จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีใหม่ในการเพิ่มวงโคจรเนื่องจากพวกมันทำงานในวงโคจรที่ปกติจะสลายตัวเร็วเกินไปที่จะเป็นประโยชน์ในเชิงเศรษฐกิจ [11] [12]

ประมาณครึ่งหนึ่งวงโคจรของ สถานีอวกาศนานาชาติ

วงโคจรของโลกที่ต่ำต้องใช้พลังงานในปริมาณต่ำที่สุดสำหรับการวางดาวเทียม มันมีแบนด์วิธสูงและการสื่อสารต่ำแฝง ดาวเทียมและสถานีอวกาศใน LEO สามารถเข้าถึงได้มากขึ้นสำหรับลูกเรือและการให้บริการ

เพราะมันต้องน้อยกว่าพลังงานที่จะวางดาวเทียมเข้าสู่ LEO และดาวเทียมมีความต้องการเครื่องขยายเสียงที่มีประสิทธิภาพน้อยลงสำหรับการส่งประสบความสำเร็จ LEO จะใช้สำหรับการใช้งานการสื่อสารจำนวนมากเช่นระบบโทรศัพท์อิริเดียม ดาวเทียมสื่อสารบางดวงใช้วงโคจร geostationary ที่สูงกว่ามากและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเชิงมุมเดียวกันกับโลกจนปรากฏอยู่นิ่งเหนือตำแหน่งเดียวบนโลก

ข้อเสีย

ซึ่งแตกต่างจากดาวเทียม geosynchronous ดาวเทียมใน LEO มีมุมมองขนาดเล็กสามารถสังเกตและสื่อสารกับเศษเสี้ยวของโลกได้ในแต่ละครั้งเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องมีเครือข่าย (หรือ " กลุ่มดาว ") ของดาวเทียมเพื่อให้สามารถครอบคลุมได้อย่างต่อเนื่อง ดาวเทียมในพื้นที่ด้านล่างของ LEO ยังประสบกับการสลายตัวของวงโคจรอย่างรวดเร็วโดยต้องมีการกระตุ้นซ้ำเป็นระยะเพื่อรักษาวงโคจรให้คงที่หรือปล่อยดาวเทียมทดแทนเมื่อดาวเทียมเก่ากลับเข้ามาใหม่

ตัวอย่าง

สภาพแวดล้อม LEO เต็มไปด้วยเศษซากอวกาศเนื่องจากความถี่ในการเปิดตัววัตถุ สิ่งนี้ทำให้เกิดความกังวลมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเนื่องจากการชนกันด้วยความเร็ววงโคจรอาจเป็นอันตรายได้ง่ายและถึงขั้นเสียชีวิตได้ ชนสามารถผลิตเศษพื้นที่มากยิ่งขึ้นในกระบวนการสร้างผลกระทบโดมิโนที่รู้จักกันเป็นดาวน์ซินโดรเคสเลอร์ รวมการดำเนินงานของศูนย์อวกาศเป็นส่วนหนึ่งของยุทธศาสตร์สหรัฐสั่ง (เดิมสหรัฐอเมริกาคำสั่งอวกาศ), แทร็คมากกว่า 8,500 วัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่า 10 ซม. ในราศีสิงห์ [16]อาจมีวัตถุอันตรายมากประมาณหนึ่งล้านชิ้นที่มีขนาดใหญ่กว่า 2 มิลลิเมตร[17]ซึ่งมีขนาดเล็กเกินกว่าที่จะมองเห็นได้จากหอดูดาวบนโลกตามการศึกษาของหอสังเกตการณ์ Arecibo ที่จำกัด [18]

  1. ^ คาบการโคจรและความเร็วคำนวณโดยใช้ความสัมพันธ์4π 2 R 3  =  T 2 GMและ V 2 R  =  GMโดยที่ Rรัศมีวงโคจรเป็นเมตร T , คาบการโคจรเป็นวินาที; Vความเร็วในการโคจรเป็น m / s; Gค่าคงที่ความโน้มถ่วงโดยประมาณ6.673 × 10 −11  นิวตันเมตร2 / กก. 2 ; Mมวลของโลกประมาณ5.98 × 10 24  กก .
  2. ^ ประมาณ 8.6 เท่า (ในรัศมีและความยาว) เมื่อดวงจันทร์อยู่ใกล้ที่สุด (363 104  กม. ÷42 164  กม. ) ถึง 9.6 เท่าเมื่อดวงจันทร์อยู่ไกลที่สุด (405 696  กม ÷42 164  กม. )

  1. ^ "แคตตาล็อกไฟล์ปัจจุบัน" สืบค้นเมื่อ13 กรกฎาคม 2561 . LEO: Mean Motion> 11.25 และความเยื้องศูนย์ <0.25
  2. ^ สัมปาโย, จาร์บาส; Wnuk, เอ็ดวิน; วิลเฮน่าเดโมราเอส, โรโดลโฟ; เฟอร์นานเดส, ซานโดร (2014-01-01). "Resonant Orbital Dynamics in LEO Region: Space Debris in Focus" . ปัญหาทางคณิตศาสตร์ในวิศวกรรม . 2014 : รูปที่ 1: ฮิสโตแกรมของการเคลื่อนที่เฉลี่ยของวัตถุที่จัดทำรายการ ดอย : 10.1155 / 2557/929810 .
  3. ^ "IADC อวกาศเศษบรรเทาสาธารณภัยแนวทาง" (PDF) INTER-AGENCY SPACE DEBRIS COORDINATION COMMITTEE: ออกโดยกลุ่มบังคับและคณะทำงาน 4. กันยายน 2550 ภูมิภาค A, วงโคจรต่ำของโลก (หรือ LEO) - พื้นที่ทรงกลมที่ยื่นออกมาจากพื้นผิวโลกถึงระดับความสูง (Z) 2,000 กม.
  4. ^ "คำจำกัดความของ LOW EARTH ORBIT" . Merriam-Webster พจนานุกรม สืบค้นเมื่อ2018-07-08 .
  5. ^ "คำถามที่พบบ่อย" . FAA . สืบค้นเมื่อ2020-02-14 . LEO หมายถึงวงโคจรที่โดยทั่วไปมีความสูงน้อยกว่า 2,400 กม. (1,491 ไมล์)
  6. ^ แคมป์เบล, แอชลีย์ (2015-07-10). "สแกนคำศัพท์" นาซ่า. สืบค้นเมื่อ2018-07-12 . วงโคจรต่ำของโลก (LEO): วงโคจรแบบ geocentric ที่มีระดับความสูงน้อยกว่ารัศมีของโลกมาก ดาวเทียมในวงโคจรนี้อยู่ระหว่าง 80 ถึง 2,000 กิโลเมตรเหนือพื้นผิวโลก
  7. ^ "วงโคจรคืออะไร" . นาซ่า . David Hitt: NASA Educational Technology Services, Alice Wesson: JPL, JD Harrington: HQ;, Larry Cooper: HQ;, Flint Wild: MSFC;, Ann Marie Trotta: HQ;, Diedra Williams: MSFC 2015-06-01 . สืบค้นเมื่อ2018-07-08 . LEO เป็นพื้นที่ 100 ถึง 200 ไมล์แรก (161 ถึง 322 กม.)CS1 maint: อื่น ๆ ( ลิงค์ )
  8. ^ สตีล, ดีแลน (2016-05-03). "คู่มือนักวิจัยเพื่อ: พื้นที่ผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อม" นาซ่า . น. 7 . สืบค้นเมื่อ2018-07-12 . สภาพแวดล้อมวงโคจรต่ำโลก (LEO) ซึ่งกำหนดให้อยู่เหนือพื้นผิวโลก 200–1,000 กม
  9. ^ "พารามิเตอร์ LEO" www.spaceacademy.net.au สืบค้นเมื่อ2015-06-12 .
  10. ^ Swinerd, Graham (2008). ยานอวกาศบินได้อย่างไร สำนักพิมพ์แพรกซิส. หน้า 103–104 ISBN 978-0387765723.
  11. ^ กรอบ NH; โรเบิร์ต, PCE; ลิวาดิออตติเอส; Oiko, VTA; เอ็ดมันด์สัน, S.; ฮาห์ SJ; Huyton, C.; สินเพทรู, ล.; สมิ ธ KL; Worrall, SD; Becedas, J. (สิงหาคม 2020). "ประโยชน์ของการมากโลกโคจรต่ำสำหรับภารกิจสังเกตการณ์โลก" ความคืบหน้าในการบินและอวกาศวิทยาศาสตร์ 117 : 100619. arXiv : 2007.07699 . ดอย : 10.1016 / j.paerosci.2020.100619 .
  12. ^ Messier, Doug (2017-03-03). "สปาต้องการเปิดตัว 12,000 ดาวเทียม" เป็นรูปโค้ง Arc สืบค้นเมื่อ2018-01-22 .
  13. ^ "ระดับความสูงที่สูงขึ้นช่วยเพิ่มความประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงของสถานี" นาซ่า. สืบค้นเมื่อ2013-02-12 .
  14. ^ Holli, Riebeek (2009-09-04). "หอดูดาวโลกของนาซ่า" . earthobservatory.nasa.gov . สืบค้นเมื่อ2015-11-28 .
  15. ^ "天宫一号成功完成二次变轨"
  16. ^ เอกสารข้อมูล: ศูนย์ปฏิบัติการอวกาศร่วม เก็บถาวรเมื่อ 2010-02-03 ที่ Wayback Machine
  17. ^ คลังดาราศาสตร์: ขยะอวกาศ
  18. ^ ISS ไม้กวาดเลเซอร์โครงการ Orion Archived 2011-07-28 ที่ Wayback Machine

 บทความนี้จะรวม  โดเมนสาธารณะจากเว็บไซต์หรือเอกสารของและอวกาศแห่งชาติบริหาร