WAT IS EEN LAGE BAAN OM DE AARDE?

Send

Beginnend in de jaren vijftig met de Spoetnik-, Vostok- en Mercuriusprogramma's, begonnen mensen "de norse banden van de aarde te verbreken". En al een tijdje waren al onze missies wat bekend staat als Low-Earth Orbit (LEO). Na verloop van tijd, met de Apollo-missies en deep space-missies met robotachtige ruimtevaartuigen (zoals de Voyager-missies), begonnen we ons verder te wagen en bereikten we de maan en andere planeten van het zonnestelsel.

Maar over het algemeen zijn de overgrote meerderheid van de missies naar de ruimte door de jaren heen - of ze nu bemand of onbemand zijn - naar de Low-Earth Orbit geweest. Hier bevindt zich het enorme scala aan communicatie-, navigatie- en militaire satellieten van de aarde. En hier voert het International Space Station (ISS) zijn operaties uit, waar ook de meeste bemande missies van vandaag naartoe gaan. Dus wat is LEO precies en waarom zijn we zo van plan om dingen daarheen te sturen?

Definitie:

Technisch gezien bevinden objecten in een lage baan om de aarde zich op een hoogte tussen 160 en 2000 km (99 tot 1200 mijl) boven het aardoppervlak. Elk object onder deze hoogte zal last hebben van orbitaal verval en zal snel in de atmosfeer afdalen, hetzij verbrandend of stortend op het oppervlak. Objecten op deze hoogte hebben ook een omlooptijd (d.w.z. de tijd die ze nodig hebben om eenmaal om de aarde te draaien) van 88 tot 127 minuten.

Objecten die zich in een lage baan om de aarde bevinden, zijn onderhevig aan atmosferische weerstand, omdat ze zich nog steeds in de bovenste lagen van de atmosfeer van de aarde bevinden, met name de thermosfeer (80 - 500 km; 50 - 310 mi), de pauze (500–1000 km; 310– 620 mi) en de exosfeer (1000 km; 620 mi en verder). Hoe hoger de baan van het object, hoe lager de atmosferische dichtheid en luchtweerstand.

Objecten zullen echter buiten 1000 km (620 mi) worden onderworpen aan de Van Allen-stralingsgordels van de aarde - een zone van geladen deeltjes die zich uitstrekt tot een afstand van 60.000 km van het aardoppervlak. In deze gordels zijn zonnewind en kosmische straling gevangen door het magnetische veld van de aarde, wat leidt tot verschillende stralingsniveaus. Daarom streven missies naar LEO naar attitudes tussen 160 en 1000 km (99 tot 620 mijl).

Kenmerken:

Binnen de thermosfeer, thermopauze en exosfeer variëren de atmosferische omstandigheden. Zo bevat het onderste deel van de thermosfeer (van 80 tot 550 kilometer; 50 tot 342 mijl) de ionosfeer, die zo genoemd wordt omdat hier in de atmosfeer deeltjes worden geïoniseerd door zonnestraling. Dientengevolge moet elk ruimtevaartuig dat in dit deel van de atmosfeer draait, bestand zijn tegen de niveaus van UV- en harde ionenstraling.

De temperaturen in dit gebied nemen ook toe met de hoogte, wat te wijten is aan de extreem lage dichtheid van de moleculen. Dus hoewel de temperatuur in de thermosfeer kan oplopen tot 1500 ° C (2700 ° F), betekent de afstand tussen de gasmoleculen dat het niet warm zou zijn voor een mens die in direct contact stond met de lucht. Het is ook op deze hoogte dat het fenomeen dat bekend staat als Aurora Borealis en Aurara Australis bekend is.

De Exosphere, de buitenste laag van de atmosfeer van de aarde, strekt zich uit van de exobase en gaat over in de leegte van de ruimte, waar geen atmosfeer is. Deze laag bestaat voornamelijk uit extreem lage dichtheden van waterstof, helium en verschillende zwaardere moleculen waaronder stikstof, zuurstof en kooldioxide (die dichter bij de exobase liggen).

Om een lage-aardebaan te behouden, moet een object een voldoende omloopsnelheid hebben. Voor objecten op een hoogte van 150 km en hoger moet een baansnelheid van 7,8 km (4,84 mijl) per seconde (28.130 km / h; 17.480 mph) worden aangehouden. Dit is iets minder dan de ontsnappingssnelheid die nodig is om in een baan om de aarde te komen, namelijk 11,3 kilometer (7 mijl) per seconde (40.680 km / h; 25277 mph).

Ondanks dat de zwaartekracht in LEO niet significant kleiner is dan op het aardoppervlak (ongeveer 90%), bevinden mensen en objecten in een baan zich in een constante staat van vrije val, wat het gevoel van gewichtloosheid creëert.

Gebruik van LEO:

In deze geschiedenis van ruimteverkenning zijn de overgrote meerderheid van de menselijke missies naar de baan om de lage aarde geweest. Het International Space Station draait ook in LEO, tussen een hoogte van 320 en 380 km (200 en 240 mijl). En LEO is waar de meeste kunstmatige satellieten worden ingezet en onderhouden. De redenen hiervoor zijn vrij eenvoudig.

Ten eerste zou de inzet van raketten en ruimteveren naar hoogten boven de 1000 km (610 mi) aanzienlijk meer brandstof vergen. En binnen LEO ervaren communicatie- en navigatiesatellieten, evenals ruimtemissies, een hoge bandbreedte en een korte communicatietijd (ook wel latentie genoemd).

Voor aardobservatie- en spionagesatellieten is LEO nog steeds laag genoeg om het aardoppervlak goed te kunnen bekijken en grote objecten en weerpatronen op het oppervlak op te lossen. De hoogte maakt ook snelle omloopperiodes mogelijk (iets meer dan een uur tot twee uur lang), waardoor ze dezelfde regio meerdere keren op één dag op het oppervlak kunnen bekijken.

En natuurlijk, op hoogtes tussen 160 en 1000 km van het aardoppervlak, worden objecten niet onderworpen aan de intense straling van de Van Allen-gordels. Kortom, LEO is de eenvoudigste, goedkoopste en veiligste locatie voor de inzet van satellieten, ruimtestations en bemande ruimtemissies.

Problemen met ruimteafval:

Vanwege de populariteit als bestemming voor satellieten en ruimtemissies, en met de toename van ruimtelanceringen in de afgelopen decennia, raakt LEO ook steeds meer verstopt met ruimteafval. Dit neemt de vorm aan van afgedankte raketfasen, niet-functionerende satellieten en puin dat is ontstaan door botsingen tussen grote stukken puin.

Het bestaan van dit puinveld in LEO heeft de afgelopen jaren tot toenemende bezorgdheid geleid, aangezien botsingen met hoge snelheden catastrofaal kunnen zijn voor ruimtemissies. En bij elke botsing wordt extra puin gecreëerd, waardoor een destructieve cyclus ontstaat die bekend staat als het Kessler-effect - genoemd naar NASA-wetenschapper Donald J. Kessler, die het voor het eerst in 1978 voorstelde.

In 2013 schatte NASA dat er maar liefst 21.000 stukjes rommel groter dan 10 cm, 500.000 deeltjes tussen 1 en 10 cm en meer dan 100 miljoen kleiner dan 1 cm kunnen zijn. Als gevolg hiervan zijn de afgelopen decennia tal van maatregelen genomen om ruimtepuin en botsingen te bewaken, te voorkomen en te beperken.

Zo was NASA in 1995 de eerste ruimtevaartorganisatie ter wereld die een reeks uitgebreide richtlijnen uitbracht over het verminderen van orbitaal puin. In 1997 reageerde de Amerikaanse regering door de Orbital Debris Mitigation Standard Practices te ontwikkelen, gebaseerd op de NASA-richtlijnen.

NASA heeft ook het Orbital Debris Program Office opgericht, dat samenwerkt met andere federale afdelingen om ruimtepuin te bewaken en verstoringen als gevolg van botsingen op te lossen. Bovendien bewaakt het US Space Surveillance Network momenteel ongeveer 8000 in een baan om de aarde draaiende objecten die als botsingsgevaar worden beschouwd, en zorgt het voor een continue stroom van baangegevens naar verschillende instanties.

Het Space Debris Office van de European Space Agency (ESA) onderhoudt ook het Database and Information System Characterizing Objects in Space (DISCOS), dat informatie geeft over lanceringsdetails, orbitale geschiedenissen, fysieke eigenschappen en missiebeschrijvingen voor alle objecten die momenteel worden gevolgd door de ESA. Deze database is internationaal erkend en wordt gebruikt door bijna 40 agentschappen, organisaties en bedrijven wereldwijd.

Al meer dan 70 jaar is Low-Earth Orbit de speeltuin van de menselijke ruimtecapaciteit. Af en toe waagden we ons buiten de speeltuin en verder het zonnestelsel in (en zelfs daarbuiten). In de komende decennia zal naar verwachting veel meer activiteit plaatsvinden in LEO, waaronder de inzet van meer satellieten, cubesats, voortdurende operaties aan boord van het ISS en zelfs ruimtevaarttoerisme.

Het is onnodig om te zeggen dat deze toename van activiteit vereist dat we iets doen aan alle rommel die de ruimtestroken doordringt. Met meer ruimteagentschappen, particuliere ruimtevaartbedrijven en andere deelnemers die willen profiteren van LEO, moet er een serieuze opruiming plaatsvinden. En sommige aanvullende protocollen zullen zeker ontwikkeld moeten worden om ervoor te zorgen dat het schoon blijft.

We hebben veel interessante artikelen geschreven over de baan om de aarde hier bij Space Magazine. Hier is wat de baan van de aarde is? Hoe hoog is de ruimte? Hoeveel satellieten zijn er in de ruimte? Het noorder- en zuiderlicht - Wat is een Aurora? en wat is het internationale ruimtestation?

Als je meer informatie wilt over een lage baan om de aarde, bekijk dan de soorten baan op de website van de European Space Agency. Hier is ook een link naar NASA's artikel over Low Earth Orbit.

We hebben ook een hele aflevering van Astronomy Cast opgenomen met alles over het zonnestelsel verkennen. Luister hier, aflevering 84: het zonnestelsel verkennen.

Bronnen: