מה הוא מסלול כדור הארץ נמוך?

Send

החל משנות החמישים עם תכניות "ספוטניק", "ווסטוק" וכספית, החלו בני האדם "להחליק את קשרי האדמה". ולזמן מה, כל המשימות שלנו היו מה שמכונה מסלול נמוך-כדור הארץ (LEO). עם הזמן, עם משימות אפולו ומשימות חלל עמוק בהן מעורבים חלליות רובוטיות (כמו משימות וויאג'ר), התחלנו לצאת אל מעבר לירח ולפלנטות אחרות של מערכת השמש.

אך באופן כללי, הרוב המוחלט של המשימות לחלל לאורך השנים - בין אם מדובר בצוות ובין אם הם לא מתובלים - היו למסלול כדור הארץ נמוך. כאן שוכן המערך העצום של כדור הארץ של לווייני תקשורת, ניווט וצבא. וכאן מבצעת תחנת החלל הבינלאומית (ISS) את פעולותיה, וכאן גם הולכת מרבית המשימות הצוותיות כיום. אז בדיוק מה זה LEO ולמה אנחנו כל כך מתכוונים לשלוח דברים לשם?

הגדרה:

מבחינה טכנית, עצמים במסלול כדור הארץ הנמוך נמצאים בגובה של בין 160 ל -2,000 ק"מ (99 עד 1200 מייל) מעל פני כדור הארץ. כל אובייקט שמתחת לגובה זה יהיה סובל מירידה מסלולית ויורד במהירות לאטמוספירה, או בוער או מתרסק על פני השטח. לאובייקטים בגובה זה יש גם תקופת מסלול (כלומר הזמן שייקח להם למסלול כדור הארץ פעם אחת) של בין 88 ל 127 דקות.

חפצים שנמצאים במסלול נמוך מכדור הארץ סובלים מגרירה אטמוספרית מכיוון שהם עדיין נמצאים בשכבות העליונות של האטמוספרה של כדור הארץ - ספציפית התרמוספירה (80 - 500 ק"מ; 50 - 310 מייל), טרמופוזה (500-1000 ק"מ; 310– 620 מייל), והאקוספירה (1000 ק"מ; 620 ק"מ, ומעבר לה). ככל שהמסלול של האובייקט גבוה יותר, כך צפיפות האטמוספרי נמוכה יותר וגרירה.

עם זאת, מעבר ל -1000 ק"מ (620 מיילים), חפצים יהיו נתונים לחגורות הקרינה של ואן אלן בכדור הארץ - אזור של חלקיקים טעונים הנמשך למרחק של 60,000 ק"מ משטח כדור הארץ. בחגורות אלה, רוח השמש וקרניים קוסמיות נלכדו על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ, מה שהוביל לרמות שונות של קרינה. מכאן שמשימות ל- LEO מכוונות לגישות שבין 160 ל 1000 ק"מ (99 עד 620 מיילים).

מאפיינים:

בתוך התרמוספרה, התרמופוזה ואקוספרה, התנאים האטמוספריים משתנים. לדוגמה, החלק התחתון של התרמוספירה (בין 80 ל 550 ק"מ; 50 עד 342 מייל) מכיל את היונוספרה, המכונה כך מכיוון שכאן באטמוספירה חלקיקים מיוננים על ידי קרינת שמש. כתוצאה מכך, כל חללית המסתובבת בחלק זה של האטמוספירה חייבת להיות מסוגלת לעמוד ברמות קרינת UV וקרינה יונית קשה.

הטמפרטורות באזור זה עולות גם עם הגובה, וזה נובע מהצפיפות הנמוכה ביותר של מולקולותיו. אז בעוד הטמפרטורות בתרמוספירה יכולות לעלות עד 1500 ° C (2700 מעלות צלזיוס), המרווח של מולקולות הגז פירושו שלא יחוש חם לאדם שהיה במגע ישיר עם האוויר. בגובה זה ידוע כי התופעות המכונות אורורה בוראליס ואוררה אוסטרליס מתרחשות.

האקוספירה, שהיא השכבה החיצונית ביותר באטמוספירה של כדור הארץ, משתרעת מהאקסבוזה ומתמזגת עם הריקנות של החלל החיצון, בו אין אווירה. שכבה זו מורכבת בעיקר מצפיפות נמוכה במיוחד של מימן, הליום ומספר מולקולות כבדות יותר הכוללות חנקן, חמצן ופחמן דו חמצני (הקרובים יותר לאקסובאז).

על מנת לשמור על מסלול נמוך מכדור הארץ, על אובייקט להיות בעל מהירות מסלול מספקת. עבור עצמים בגובה של 150 ק"מ ומעלה, יש לשמור על מהירות מסלול של 7.8 ק"מ (4.84 מייל) לשנייה (28,130 קמ"ש; 17,480 קמ"ש). זה מעט פחות ממהירות הבריחה הדרושה בכדי להגיע למסלול, שהוא 11.3 ק"מ (7 מייל) לשנייה (40,680 קמ"ש; 25277 קמ"ש).

למרות העובדה שמשיכת הכובד ב- LEO אינה פחותה משמעותית מאשר על פני כדור הארץ (כ 90%), אנשים וחפצים במסלול נמצאים במצב קבוע של נפילה חופשית, מה שיוצר את תחושת חוסר המשקל.

שימושים של LEO:

בהיסטוריה זו של חקר החלל, הרוב המכריע של המשימות האנושיות היו למסלול כדור הארץ הנמוך. תחנת החלל הבינלאומית מקיפה גם היא ב- LEO, בגובה 320-380 ק"מ (200 ו -240 מיילים). ו- LEO הוא המקום בו מרבית הלוויינים המלאכותיים נפרסים ומתוחזקים. הסיבות לכך די פשוטות.

ראשית, פריסת רקטות ומעבורות חלל לגבהים שמעל 1000 ק"מ (610 מייל) תדרוש דלק משמעותי יותר. ובתוך LEO, לווייני תקשורת וניווט, כמו גם משימות שטח, חווים רוחב פס גבוה ופיגור זמן תקשורת נמוך (aka. Latency).

לתצפיות על כדור הארץ ולווייני ריגול, LEO עדיין נמוך מספיק כדי להביט טוב על פני כדור הארץ ולפתור עצמים גדולים ודפוסי מזג אוויר על פני השטח. הגובה מאפשר גם תקופות מסלול מהירות (באורך קצת יותר משעה עד שעתיים), מה שמאפשר להם לראות את אותו אזור על פני השטח מספר פעמים ביום אחד.

וכמובן, בגבהים שבין 160 ל -1000 ק"מ משטח כדור הארץ, חפצים אינם נתונים לקרינה העזה של חגורות ואן אלן. בקיצור, LEO הוא המיקום הפשוט ביותר, הזול והבטוח ביותר לפריסת לוויינים, תחנות חלל ומשימות שטח צוותיות.

סוגיות עם פסולת בחלל:

בגלל הפופולריות שלו כיעדים לוויינים ומשימות חלל, ועם עלייה בשיגור החלל בעשורים האחרונים, LEO גם היא גוברת יותר ויותר עם פסולת חלל. זה מקבל צורה של שלבי טילים שהושלכו, לוויינים שאינם מתפקדים, ופסולת שנוצרה כתוצאה מהתנגשויות בין חתיכות פסולת גדולות.

קיומו של שדה פסולת זה ב- LEO הביא לדאגה הולכת וגוברת בשנים האחרונות, מכיוון שהתנגשויות במהירות גבוהה יכולות להיות קטסטרופליות עבור משימות חלל. ועם כל התנגשות נוצרת פסולת נוספת שיוצרת מעגל הרס הידוע בשם אפקט קסלר - הקרוי על שם מדען נאס"א דונלד ג'יי קסלר, שהציע את זה לראשונה בשנת 1978.

בשנת 2013 העריכה נאס"א כי עשויים להיות עד 21,000 חתיכות זבל הגדולות מ -10 ס"מ, 500,000 חלקיקים בין 1 ל -10 ס"מ, ויותר ממאה מיליון קטנים מ- 1 ס"מ. כתוצאה מכך, בעשורים האחרונים ננקטו מספר צעדים לפיקוח, מניעה והפחתה של פסולת והתנגשויות בחלל.

לדוגמה, בשנת 1995 הפכה נאס"א לסוכנות החלל הראשונה בעולם שהוציאה מערך הנחיות מקיפות כיצד להפחית את הפסולת האורביטאלית. בשנת 1997 הגיבה ממשלת ארה"ב בפיתוח הנוהלי התקני להפחתת פסולת אורביטאלית, בהתבסס על הנחיות נאס"א.

נאס"א הקימה גם את משרד התוכנית לפיתוח פסולת אורביטל, שמתאם עם מחלקות פדרליות אחרות כדי לפקח על פסולת חלל ולהתמודד עם שיבושים שנגרמו כתוצאה מהתנגשויות. בנוסף, רשת מעקב החלל האמריקנית עוקבת כיום אחר כ -8,000 עצמים מקיפים שנחשבים כמפגעים בהתנגשות, ומספקת זרם רציף של נתיבי מסלול לסוכנויות שונות.

משרד ההריסות החלל של סוכנות החלל האירופית (ESA) גם מחזיק את מאגר המידע ומסד הנתונים המאפיינים אובייקטים בחלל (DISCOS), המספק מידע על פרטי שיגור, היסטוריות מסלוליות, תכונות פיזיות ותיאורי משימה עבור כל האובייקטים שעוקבים כיום על ידי ה- ESA. בסיס נתונים זה מוכר בינלאומי ומשמש כמעט 40 סוכנויות, ארגונים וחברות ברחבי העולם.

במשך למעלה מ- 70 שנה, מסלול נמוך-כדור הארץ היה מגרש המשחקים של יכולת החלל האנושי. מדי פעם העברנו אל מעבר למגרש המשחקים והרחיקנו אל מערכת השמש (ואפילו מעבר לה). בעשורים הקרובים צפויה להתקיים פעילות רבה יותר ב- LEO הכוללת פריסה של יותר לוויינים, קוביות, המשך הפעילות על סיפון ה- ISS, ואפילו תיירות תעופה וחלל.

למותר לציין כי עלייה זו בפעילות תחייב שנעשה משהו על כל הזבל המחלחל על נתיבי החלל. עם יותר סוכנויות חלל, חברות תעופה וחלל פרטיות ומשתתפים אחרים המחפשים לנצל את LEO, יהיה צורך לבצע ניקוי רציני כלשהו. ובוודאי שיהיה צורך לפתח פרוטוקולים נוספים בכדי לוודא שהוא נשאר נקי.

כתבנו מאמרים מעניינים רבים על מסלול כדור הארץ כאן במגזין החלל. הנה מה מסלול כדור הארץ?, כמה גבוה החלל ?, כמה לוויינים נמצאים בחלל ?, אורות הצפון והדרום - מהי אורורה? ומהי תחנת החלל הבינלאומית?

אם תרצה לקבל מידע נוסף על מסלול כדור הארץ הנמוך, בדוק את סוגי המסלול מאתר סוכנות החלל האירופית. כמו כן, הנה קישור למאמר של נאס"א בנושא מסלול כדור הארץ נמוך.

הקלטנו גם פרק שלם של אסטרונומיה יצוק שכולל התמצאות במערכת השמש. האזינו כאן, פרק 84: מסביב למערכת השמש.

מקורות: