Niedrige Erdumlaufbahn -Low Earth orbit

Orbitgrößenvergleich von GPS- , GLONASS- , Galileo- , BeiDou-2- und Iridium - Konstellationen, der Internationalen Raumstation , dem Hubble-Weltraumteleskop und der geostationären Umlaufbahn (und ihrer Friedhofsbahn ) mit den Van-Allen-Strahlungsgürteln und der Erde im Maßstab.
Die Umlaufbahn des Mondes ist etwa neunmal so groß wie die geostationäre Umlaufbahn. (Bewegen Sie in der SVG-Datei den Mauszeiger über einen Orbit oder seine Beschriftung, um ihn hervorzuheben; klicken Sie, um seinen Artikel zu laden.)

Eine niedrige Erdumlaufbahn ( LEO ) ist eine Umlaufbahn um die Erde mit einer Dauer von 128 Minuten oder weniger (was mindestens 11,25 Umrundungen pro Tag macht) und einer Exzentrizität von weniger als 0,25. Die meisten künstlichen Objekte im Weltraum befinden sich in LEO, mit einer Höhe von nie mehr als etwa einem Drittel des Erdradius .

Der Begriff LEO-Region wird auch für den Bereich des Weltraums unterhalb einer Höhe von 2.000 km (1.200 mi) (etwa ein Drittel des Erdradius) verwendet. Objekte in Umlaufbahnen, die diese Zone passieren, werden sorgfältig verfolgt, selbst wenn sie ein Apogäum weiter außen haben oder suborbital sind, da sie ein Kollisionsrisiko für die vielen LEO-Satelliten darstellen.

Alle bisher bemannten Raumstationen befanden sich innerhalb von LEO. Von 1968 bis 1972 schickten die Mondmissionen des Apollo-Programms Menschen über LEO hinaus. Seit dem Ende des Apollo-Programms hat kein bemannter Raumflug über LEO hinausgeflogen.

Merkmale definieren

Eine Vielzahl von Quellen definiert LEO in Bezug auf die Höhe . Die Höhe eines Objekts in einer elliptischen Umlaufbahn kann entlang der Umlaufbahn erheblich variieren. Sogar für kreisförmige Umlaufbahnen kann die Höhe über dem Boden um bis zu 30 km (19 mi) (insbesondere für polare Umlaufbahnen ) aufgrund der Abflachung der sphäroiden Figur der Erde und der lokalen Topographie variieren . Während Definitionen auf der Grundlage der Höhe von Natur aus mehrdeutig sind, fallen die meisten von ihnen in den Bereich, der durch eine Umlaufzeit von 128 Minuten angegeben ist, da dies gemäß Keplers drittem Gesetz einer großen Halbachse von 8.413 km (5.228 Meilen) entspricht. Für kreisförmige Umlaufbahnen entspricht dies wiederum einer Höhe von 2.042 km (1.269 mi) über dem mittleren Erdradius, was mit einigen der oberen Höhengrenzen in einigen LEO-Definitionen übereinstimmt.

Die LEO-Region wird von einigen Quellen als eine Region im Weltraum definiert, die von LEO-Umlaufbahnen besetzt wird. Einige stark elliptische Umlaufbahnen können die LEO-Region in der Nähe ihrer niedrigsten Höhe (oder Perigäum ) passieren , befinden sich jedoch nicht in einer LEO-Umlaufbahn, da ihre höchste Höhe (oder Apogäum ) 2.000 km (1.200 mi) überschreitet. Suborbitale Objekte können ebenfalls die LEO-Region erreichen, befinden sich jedoch nicht in einer LEO-Umlaufbahn, da sie wieder in die Atmosphäre eintreten . Die Unterscheidung zwischen LEO-Umlaufbahnen und der LEO-Region ist besonders wichtig für die Analyse möglicher Kollisionen zwischen Objekten, die sich möglicherweise nicht selbst in LEO befinden, aber mit Satelliten oder Trümmern in LEO-Umlaufbahnen kollidieren könnten.

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Orbitale Eigenschaften

Die mittlere Umlaufgeschwindigkeit, die zur Aufrechterhaltung einer stabilen niedrigen Erdumlaufbahn erforderlich ist, beträgt etwa 7,8 km / s (4,8 mi / s), was 28.000 km / h (17.000 mph) entspricht. Dies hängt jedoch von der genauen Höhe der Umlaufbahn ab. Berechnet für eine kreisförmige Umlaufbahn von 200 km (120 mi) beträgt die Umlaufgeschwindigkeit 7,79 km / s (4,84 mi / s), aber für eine höhere Umlaufbahn von 1.500 km (930 mi) wird die Geschwindigkeit auf 7,12 km / s (4,42 mi) reduziert /s). Das Delta-V der Trägerrakete, das zum Erreichen einer niedrigen Erdumlaufbahn benötigt wird, beginnt bei etwa 9,4 km / s (5,8 mi / s).

Die Schwerkraft in LEO ist nur geringfügig geringer als auf der Erdoberfläche. Dies liegt daran, dass die Entfernung von LEO von der Erdoberfläche viel geringer ist als der Erdradius. Ein Objekt im Orbit befindet sich jedoch in einem permanenten freien Fall um die Erde, da sich im Orbit sowohl die Gravitationskraft als auch die Zentrifugalkraft die Waage halten. Infolgedessen bleiben Raumfahrzeuge im Orbit weiterhin im Orbit, und Menschen innerhalb oder außerhalb solcher Fahrzeuge erleben ständig Schwerelosigkeit .

Objekte in LEO sind abhängig von der Umlaufbahnhöhe atmosphärischem Widerstand von Gasen in der Thermosphäre (ca. 80–600 km über der Oberfläche) oder der Exosphäre (ca. 600 km oder 400 Meilen und höher) ausgesetzt. Umlaufbahnen von Satelliten, die Höhen unter 300 km (190 mi) erreichen, zerfallen aufgrund des atmosphärischen Luftwiderstands schnell. Objekte in LEO umkreisen die Erde zwischen dem dichteren Teil der Atmosphäre und unterhalb des inneren Van-Allen-Strahlungsgürtels .

Äquatoriale niedrige Erdumlaufbahnen ( ELEO ) sind eine Untergruppe von LEO. Diese Umlaufbahnen mit geringer Neigung zum Äquator ermöglichen schnelle Wiederbesuchszeiten von Orten auf der Erde in niedrigen Breiten und haben die niedrigsten Delta-V- Anforderungen (dh verbrauchten Treibstoff) aller Umlaufbahnen, vorausgesetzt, sie haben die direkte (nicht rückläufige) Ausrichtung mit Bezug auf die Erdrotation. Bahnen mit einem sehr hohen Neigungswinkel zum Äquator werden üblicherweise als polare Bahnen oder sonnensynchrone Bahnen bezeichnet .

Höhere Umlaufbahnen umfassen die mittlere Erdumlaufbahn (MEO), manchmal auch als mittlere kreisförmige Umlaufbahn (ICO) bezeichnet, und weiter oben die geostationäre Umlaufbahn (GEO). Umlaufbahnen, die höher als die niedrige Umlaufbahn sind, können aufgrund intensiver Strahlung und Ladungsanhäufung zu einem frühen Ausfall elektronischer Komponenten führen.

Im Jahr 2017 tauchten „sehr niedrige Erdumlaufbahnen“ ( VLEO ) erstmals in Zulassungsanträgen auf . Diese Umlaufbahnen unterhalb von etwa 450 km (280 mi) erfordern den Einsatz neuartiger Technologien zum Anheben der Umlaufbahn, da sie in Umlaufbahnen betrieben werden, die normalerweise zu früh verfallen würden, um wirtschaftlich sinnvoll zu sein.

Verwenden

Etwa eine halbe Umlaufbahn der Internationalen Raumstation .

Eine niedrige Erdumlaufbahn erfordert die geringste Energiemenge für die Satellitenplatzierung. Es bietet eine hohe Bandbreite und eine niedrige Kommunikationslatenz . Satelliten und Raumstationen in LEO sind für Besatzung und Wartung besser zugänglich.

Da es weniger Energie erfordert , einen Satelliten in einem LEO zu platzieren, und ein Satellit dort weniger leistungsstarke Verstärker für eine erfolgreiche Übertragung benötigt, wird LEO für viele Kommunikationsanwendungen verwendet, wie z. B. das Iridium-Telefonsystem . Einige Kommunikationssatelliten verwenden viel höhere geostationäre Umlaufbahnen und bewegen sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Erde, als würden sie stationär über einem Ort auf dem Planeten erscheinen.

Nachteile

Im Gegensatz zu geosynchronen Satelliten haben Satelliten in LEO ein kleines Sichtfeld und können daher nur einen Bruchteil der Erde gleichzeitig beobachten und mit ihr kommunizieren. Das bedeutet, dass ein Netzwerk (oder eine „ Konstellation “) von Satelliten erforderlich ist, um eine kontinuierliche Abdeckung bereitzustellen. Satelliten in niedrigeren Regionen von LEO leiden ebenfalls unter einem schnellen Verfall der Umlaufbahn und müssen entweder regelmäßig neu verstärkt werden, um eine stabile Umlaufbahn aufrechtzuerhalten, oder es müssen Ersatzsatelliten gestartet werden, wenn alte wieder eintreten.

Beispiele

In der Fiktion

Ehemalige

  • Die chinesische Tiangong-1- Station befand sich bis zu ihrer De-Orbitierung im Jahr 2018 in einer Umlaufbahn von etwa 355 Kilometern (221 Meilen).
  • Die chinesische Tiangong-2- Station befand sich bis zu ihrem Verlassen der Umlaufbahn im Jahr 2019 in einer Umlaufbahn von etwa 370 km (230 mi).
  • Gravimetrie - Missionen wie GOCE umkreisten etwa 255 km (158 mi), um das Schwerefeld der Erde mit höchster Empfindlichkeit zu messen. Die Lebensdauer der Mission war aufgrund des atmosphärischen Luftwiderstands begrenzt. GRACE und GRACE-FO umkreisten etwa 500 km (310 mi).

Weltraummüll

Die LEO-Umgebung wird aufgrund der Häufigkeit von Objektstarts mit Weltraummüll überlastet. Dies hat in den letzten Jahren zu wachsender Besorgnis geführt, da Kollisionen mit Orbitalgeschwindigkeiten gefährlich oder tödlich sein können. Kollisionen können zusätzlichen Weltraumschrott erzeugen und einen Dominoeffekt erzeugen , der als Kessler-Syndrom bekannt ist . Das Orbital Debris Program, Teil der NASA , verfolgt über 25.000 Objekte, die größer als 10 cm sind, in LEO, die geschätzte Zahl zwischen 1 und 10 cm im Durchmesser beträgt 500.000. Die Menge an Partikeln, die größer als 1 mm sind, übersteigt 100 Millionen. Die Partikel bewegen sich mit Geschwindigkeiten von bis zu 7,8 km / s (28.000 km / h; 17.500 mph), sodass selbst ein kleiner Partikeleinschlag ein Raumfahrzeug schwer beschädigen kann.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Gemeinfrei Dieser Artikel enthält gemeinfreies Material von Websites oder Dokumenten der National Aeronautics and Space Administration .