COS'è L'ORBITA TERRESTRE BASSA?

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A partire dagli anni '50 con i programmi Sputnik, Vostok e Mercury, gli esseri umani iniziarono a "far scivolare i legami furbi della Terra". E per un certo periodo, tutte le nostre missioni erano ciò che è noto come Low-Earth Orbit (LEO). Nel tempo, con le missioni Apollo e le missioni nello spazio profondo che coinvolgono veicoli spaziali robotici (come il Missioni Voyager), abbiamo iniziato ad avventurarci oltre, raggiungendo la Luna e altri pianeti del Sistema Solare.

Ma nel complesso, la stragrande maggioranza delle missioni nello spazio nel corso degli anni - siano esse con equipaggio o senza equipaggio - sono state in orbita terrestre bassa. È qui che risiede la vasta gamma di comunicazioni, navigazione e satelliti militari della Terra. Ed è qui che la Stazione Spaziale Internazionale (ISS) conduce le sue operazioni, che è anche il luogo dove oggi va la maggior parte delle missioni con equipaggio. Quindi, che cos'è LEO e perché siamo così intenzionati a inviare cose lì?

Definizione:

Tecnicamente, gli oggetti in orbita terrestre bassa si trovano ad un'altitudine compresa tra 160 e 2.000 km (da 99 a 1200 mi) sopra la superficie terrestre. Qualsiasi oggetto al di sotto di questa altitudine subirà un decadimento orbitale e scenderà rapidamente nell'atmosfera, bruciando o schiantandosi in superficie. Gli oggetti a questa altitudine hanno anche un periodo orbitale (cioè il tempo che impiegheranno ad orbitare attorno alla Terra una volta) tra 88 e 127 minuti.

Gli oggetti che si trovano in un'orbita terrestre bassa sono soggetti a trascinamento atmosferico poiché sono ancora all'interno degli strati superiori dell'atmosfera terrestre - in particolare la termosfera (80-500 km; 50 - 310 mi), quindi la nausea (500–1000 km; 310– 620 mi) e l'esosfera (1000 km; 620 mi e oltre). Maggiore è l'orbita dell'oggetto, minore è la densità atmosferica e la resistenza.

Tuttavia, oltre i 1000 km (620 mi), gli oggetti saranno soggetti alle cinghie di radiazione Van Allen della Terra, una zona di particelle cariche che si estende ad una distanza di 60.000 km dalla superficie terrestre. In queste cinture, il vento solare e i raggi cosmici sono stati intrappolati dal campo magnetico terrestre, portando a vari livelli di radiazione. Ecco perché le missioni in LEO mirano ad atteggiamenti tra 160 e 1000 km (da 99 a 620 mi).

Caratteristiche:

All'interno della termosfera, della termopausa e dell'esosfera, le condizioni atmosferiche variano. Ad esempio, la parte inferiore della termosfera (da 80 a 550 chilometri; da 50 a 342 mi) contiene la ionosfera, che è così chiamata perché è qui nell'atmosfera che le particelle sono ionizzate dalla radiazione solare. Di conseguenza, qualsiasi veicolo spaziale in orbita all'interno di questa parte dell'atmosfera deve essere in grado di resistere ai livelli di radiazione UV e di ioni forti.

Le temperature in questa regione aumentano anche con l'altezza, che è dovuta alla densità estremamente bassa delle sue molecole. Quindi, mentre le temperature nella termosfera possono salire fino a 1500 ° C (2700 ° F), la spaziatura delle molecole di gas significa che non si sentirebbe caldo per un essere umano a diretto contatto con l'aria. È anche a questa altitudine che si verificano i fenomeni noti come Aurora Borealis e Aurara Australis.

L'Esosfera, che è lo strato più esterno dell'atmosfera terrestre, si estende dall'esobase e si fonde con il vuoto dello spazio esterno, dove non c'è atmosfera. Questo strato è composto principalmente da densità estremamente basse di idrogeno, elio e diverse molecole più pesanti tra cui azoto, ossigeno e anidride carbonica (che sono più vicine all'esobase).

Per mantenere un'orbita terrestre bassa, un oggetto deve avere una velocità orbitale sufficiente. Per oggetti ad un'altitudine di 150 km e oltre, deve essere mantenuta una velocità orbitale di 7,8 km (4,84 mi) al secondo (28,130 km / h; 17,480 mph). Questo è leggermente inferiore alla velocità di fuga necessaria per entrare in orbita, che è di 11,3 chilometri (7 miglia) al secondo (40.680 km / h; 25277 mph).

Nonostante il fatto che l'attrazione della gravità in LEO non sia significativamente inferiore rispetto alla superficie della Terra (circa il 90%), le persone e gli oggetti in orbita sono in costante stato di caduta libera, il che crea la sensazione di assenza di gravità.

Usi di LEO:

In questa storia di esplorazione dello spazio, la stragrande maggioranza delle missioni umane è stata in orbita terrestre bassa. La Stazione Spaziale Internazionale orbita anche a LEO, tra un'altitudine di 320 e 380 km (200 e 240 mi). E LEO è il luogo in cui la maggior parte dei satelliti artificiali viene dispiegata e mantenuta. Le ragioni sono abbastanza semplici.

Per uno, il dispiegamento di razzi e navette spaziali ad altitudini superiori a 1000 km (610 mi) richiederebbe molto più carburante. E all'interno di LEO, i satelliti per comunicazioni e navigazione, così come le missioni spaziali, sperimentano un'elevata larghezza di banda e un basso ritardo di comunicazione (ovvero latenza).

Per l'osservazione della Terra e i satelliti spia, LEO è ancora abbastanza basso da dare una buona occhiata alla superficie della Terra e risolvere grandi oggetti e modelli meteorologici sulla superficie. L'altitudine consente anche periodi orbitali rapidi (da poco più di un'ora a due ore), che consente loro di essere in grado di visualizzare la stessa regione in superficie più volte in un solo giorno.

E, naturalmente, ad un'altitudine compresa tra 160 e 1000 km dalla superficie terrestre, gli oggetti non sono soggetti all'intensa radiazione delle cinture di Van Allen. In breve, LEO è il luogo più semplice, economico e sicuro per lo spiegamento di satelliti, stazioni spaziali e missioni spaziali con equipaggio.

Problemi con detriti spaziali:

A causa della sua popolarità come destinazione per i satelliti e le missioni spaziali e con gli aumenti dei lanci spaziali negli ultimi decenni, LEO sta diventando sempre più congestionata dai detriti spaziali. Questo prende la forma di stadi di razzi scartati, satelliti non funzionanti e detriti creati da collisioni tra grossi pezzi di detriti.

L'esistenza di questo campo di detriti nel LEO ha suscitato crescente preoccupazione negli ultimi anni, poiché le collisioni ad alta velocità possono essere catastrofiche per le missioni spaziali. E ad ogni collisione, vengono creati detriti aggiuntivi, creando un ciclo distruttivo noto come Effetto Kessler - che prende il nome dallo scienziato della NASA Donald J. Kessler, che lo propose per la prima volta nel 1978.

Nel 2013, la NASA ha stimato che potrebbero esserci fino a 21.000 bit di spazzatura più grandi di 10 cm, 500.000 particelle tra 1 e 10 cm e oltre 100 milioni più piccoli di 1 cm. Di conseguenza, negli ultimi decenni, sono state prese numerose misure per monitorare, prevenire e mitigare i detriti spaziali e le collisioni.

Ad esempio, nel 1995, la NASA è diventata la prima agenzia spaziale al mondo a pubblicare una serie di linee guida complete su come mitigare i detriti orbitali. Nel 1997, il governo degli Stati Uniti ha risposto sviluppando le Pratiche standard di mitigazione dei detriti orbitali, basate sulle linee guida della NASA.

La NASA ha anche istituito l'ufficio del programma sui detriti orbitali, che coordina con altri dipartimenti federali per monitorare i detriti spaziali e gestire le interruzioni causate dalle collisioni. Inoltre, la US Space Surveillance Network monitora attualmente circa 8.000 oggetti in orbita considerati rischi di collisione e fornisce un flusso continuo di dati orbitali verso varie agenzie.

L'ufficio detriti spaziali dell'Agenzia spaziale europea (ESA) gestisce anche il database e il sistema informativo che caratterizza gli oggetti nello spazio (DISCOS), che fornisce informazioni sui dettagli di lancio, storie orbitali, proprietà fisiche e descrizioni delle missioni per tutti gli oggetti attualmente tracciati dall'ESA. Questo database è riconosciuto a livello internazionale ed è utilizzato da quasi 40 agenzie, organizzazioni e società in tutto il mondo.

Per oltre 70 anni, l'orbita terrestre è stata il terreno di gioco della capacità dello spazio umano. A volte, ci siamo avventurati oltre il parco giochi e più lontano nel Sistema Solare (e anche oltre). Nei prossimi decenni, si prevede che nel LEO si svolgeranno molte più attività, tra cui lo spiegamento di più satelliti, cubesat, operazioni continue a bordo della ISS e persino il turismo aerospaziale.

Inutile dire che questo aumento di attività richiederà che facciamo qualcosa su tutta la spazzatura che permea le corsie spaziali. Con un numero maggiore di agenzie spaziali, compagnie aerospaziali private e altri partecipanti che intendono trarre vantaggio da LEO, sarà necessario effettuare alcune operazioni di pulizia. E alcuni protocolli aggiuntivi dovranno sicuramente essere sviluppati per assicurarsi che rimanga pulito.

Abbiamo scritto molti articoli interessanti sull'orbita della Terra qui su Space Magazine. Ecco cos'è l'orbita terrestre? Quanto è alto lo spazio? Quanti satelliti ci sono nello spazio? L'aurora boreale e australe: cos'è un'aurora? e cos'è la Stazione Spaziale Internazionale?

Se desideri maggiori informazioni sull'orbita terrestre bassa, controlla i tipi di orbita dal sito web dell'Agenzia spaziale europea. Inoltre, ecco un link all'articolo della NASA sull'orbita terrestre bassa.

Abbiamo anche registrato un intero episodio di Astronomia Cast tutto su Come aggirare il sistema solare. Ascolta qui, episodio 84: aggirare il sistema solare.

fonti: