Astronomie

Existuje spodní mez pro nadmořskou výšku obíhajících objektů?

Existuje spodní mez pro nadmořskou výšku obíhajících objektů?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Pokud tomu dobře rozumím, jeden objekt může obíhat kolem druhého v různých výškách a stabilita oběžné dráhy je určena (mimo jiné) rychlostí obíhajícího objektu. Jděte příliš pomalu a spadnete do většího objektu, jdete příliš rychle a odletíte do vesmíru, ale jděte správnou rychlostí a budete obíhat nekonečně dlouho. A zatímco objekt by mohl být na stabilní oběžné dráze v nadmořské výšce X rychlostí A, mohl by být také na stejně stabilní oběžné dráze v nadmořské výšce Y rychlostí B.

Pokud je to pravda (a vzhledem k mému omezenému porozumění, klidně řekněte, že to prostě není), existuje dolní hranice? Atmosféra by samozřejmě způsobovala odpor, ale vzhledem k nedostatku atmosféry byste teoreticky mohli mít asteroid stabilně obíhající kolem planety o velikosti Země v nadmořské výšce 50 stop, pokud by šla dostatečně rychle?

Pokud ne, proč ne? Jaké síly omezují blízkost obíhajícího objektu? Nejcennější by bylo také jednoduché vysvětlení: Slyšel jsem o věcech, jako jsou Lagrangeovy body atd., Ale dobře jim nerozumím.


Pro opravdu nízké oběžné dráhy nad tělesem bez atmosféry musí mít tělo jednotnou hustotu. Jinak gravitační pole není symetrické, oběžná dráha v průběhu času mění tvar a vy skončíte s kráterem. NASA měla s tím, lunární Masconi, za éry Apolla potíže. V jednom případě:

„Měsíc nemá atmosféru, která by způsobovala odpor nebo topení kosmické lodi, takže můžete jít opravdu nízko: Lunar Prospector strávil šest měsíců obíháním pouhých 30 kilometrů nad povrchem.“

V jiném:

Dráha PFS-2 rychle změnila tvar a vzdálenost od Měsíce. Za 2–1 / 2 týdny se satelit vrhl na chlupatou vzdálenost 6 mil (10 km) od měsíčního povrchu při nejbližším přiblížení. Jak se oběžná dráha neustále měnila, PFS-2 opět ustoupil, až se zdálo, že je v bezpečí 30 mil daleko. Ale ne na dlouho: dráha subatelitu ji neúprosně odnesla zpět k Měsíci. A 29. května 1972 - pouze 35 dní a 425 oběžných drah po jeho vydání - PFS-2 havaroval.

Nyní, když je zmapováno gravitační pole měsíce, se ukazuje, že existují nějaký nízké oběžné dráhy, které jsou přiměřeně stabilní:

„Důležitý je sklon orbity,“ tj. Naklonění její roviny k rovníkové rovině Měsíce. „Ve skutečnosti existuje řada„ zamrzlých drah “, kde může kosmická loď zůstat na nízké oběžné dráze neurčitě. Vyskytují se ve čtyřech sklonech: 27 °, 50 °, 76 ° a 86 °“ - poslední je téměř nad měsíčními póly.


To nemusí být nutně úplná odpověď na vaši otázku, ale mohlo by to zahrnovat alespoň její část.

Slyšeli jste někdy o limitu Roche? Je to vzdálenost, ve které objekt nemůže obíhat jiný objekt, protože ho přílivové síly roztrhnou. To je považováno za důvod prstenců plynových gigantů: V každém případě mohl měsíc putovat příliš blízko planety a mohl být roztrhán.

Limita Roche se liší mezi nadřazeným objektem a obíhajícím objektem v závislosti na faktorech, jako je hmotnost a hustota. Jednoduchý způsob, jak to vypočítat, je:

$$ d = 1,26R_m vlevo ( frac {M_M} {M_m} vpravo) ^ {1/3} $$

kde $ R_m $ je poloměr obíhajícího objektu, $ d $ je limit Roche a $ M_M $ je hmotnost rodiče a $ M_m $ je hmotnost nebo orbiter.

I když existují i ​​další faktory, které ovlivňují právě to, kde objekt může a nemůže obíhat, je Rocheho limit dobrým místem pro zahájení vyšetřování.


Nízká oběžná dráha Země

A nízká oběžná dráha Země (LEV) je oběžná dráha zaměřená na Zemi blízko planety, často specifikovaná jako oběžná doba 128 minut nebo méně (s minimem 11,25 oběžné dráhy za den) a excentricita menší než 0,25. [1] Většina umělých objektů ve vesmíru je v LEO, s nadmořskou výškou nikdy ne více než jednou třetinou poloměru Země. [2]

Termín „oblast LEO“ se také používá pro oblast vesmíru pod nadmořskou výškou 2 000 km (přibližně jedna třetina poloměru Země). [3] Objekty na oběžných drahách, které procházejí touto oblastí, i když mají apogee dále nebo jsou suborbitální, jsou pečlivě sledovány, protože představují riziko kolize pro mnoho satelitů v LEO.

Všechny dosavadní vesmírné stanice s posádkou byly v LEO. Od roku 1968 do roku 1972 vyslaly lunární mise programu Apollo lidi za LEO. Od konce programu Apollo nebyly za LEO žádné lidské vesmírné lety.


Kompromisy v malých výškách

Existují však nevýhody používání nižší nadmořské výšky.

„Stejný atmosférický odpor, který pomáhá vyčistit oběžnou dráhu od trosek, také nutí satelity, aby usilovněji pracovaly, aby zůstaly na oběžné dráze,“ napsal SpaceX. „Pobyt nahoře vyžaduje, aby satelit dokázal překonat více atmosférického odporu. Kromě toho satelity provozované v malé nadmořské výšce vidí méně Země, což vyžaduje více satelitů, aby sloužily dané oblasti.“

SpaceX uvedla, že provedla testy, které ukazují, že tyto problémy dokáže vyřešit. SpaceX uvedla, že má v úmyslu „pracovat v této výšce, nicméně částečně na základě zpětné vazby získané od experimentálních satelitů, které provedly rozsáhlé testování schopností SpaceX operovat v dosahu nižších 500 km. SpaceX se proto naučila zmírňovat nevýhody provozu na nižší nadmořskou výšku a stále sklízet známé a významné výhody. “

SpaceX také plánuje snížit počet satelitů v souhvězdí na nízké oběžné dráze ze 4 425 na 4 409. Plánované orbitální výšky zbytku 4 409 satelitů nebyly změněny. Na základě jeho povolení FCC musí SpaceX vypustit alespoň polovinu těchto satelitů do 29. března 2024 a zbytek do 29. března 2027.

FCC uvedla, že je spokojena s plánem na zmírnění trosek SpaceX pro 1 584 satelitů, které podléhají změně nadmořské výšky. SpaceX však musí předložit podrobnější plán pro ostatní satelity.

„I když zjistíme, že plán pro zmírnění orbitálních úlomků je dostatečný, pokud jde o vesmírné stanice, které SpaceX navrhuje provozovat v rámci své úpravy, společnost SpaceX ve svém navrhovaném systému neposkytla žádné nové informace týkající se plánů pro zmírnění orbitálních úlomků pro ostatní satelity,“ Řekl FCC. „Společnost SpaceX splnila podmínku svých oprávnění, která vyžaduje, aby společnost SpaceX předložila aktualizovaný plán na zmírnění orbitálních úlomků před zahájením provozu a schválila jej, pouze částečně.“

Nová nadmořská výška 550 km není nejnižší, kterou SpaceX plánuje použít pro svou širokopásmovou službu. Společnost SpaceX obdržela v listopadu 2018 zvláštní povolení k rozmístění 7 518 širokopásmových satelitů v nadmořských výškách od 335 km do 346 km. Tyto nižší satelity mají zvýšit kapacitu a snížit latenci v hustě osídlených oblastech. SpaceX má souhlas FCC k vypuštění téměř 12 000 širokopásmových satelitů.


Družice společnosti Starlink budou obíhat v mnohem nižší nadmořské výšce, čímž se sníží riziko vesmírného odpadu

Uznání: SpaceX

Mezi mnoha plány Elona Muska do budoucna je jedním z nejambicióznějších vytvoření konstelace satelitů, které nabídnou širokopásmový přístup k internetu do celého světa. Dlouhodobým plánem společnosti, známou jako „Starlink“, je do poloviny 20. let rozmístit přes 12 000 internetových satelitů na nízkou oběžnou dráhu Země (LEO).

Navzdory kritice a odmítnutí Musk a SpaceX v posledních letech podnikli několik zásadních kroků, aby se tento návrh dostal do pohybu. A podle nedávno vydaného oficiálního prohlášení společnosti je masová výroba v plném proudu a první várka operačních satelitů je již na Floridě a čeká na plánované spuštění v květnu 2019.

Tato zpráva přichází v patách společnosti, která obdržela souhlas Federální komunikační komise (FCC) k vypuštění satelitů na nižší oběžnou dráhu, než bylo původně uvedeno. SpaceX původně zamýšlel vypustit 4 425 satelitů na negeostacionární oběžné dráhy (NGSO) v rozmezí od 1100 do 1300 km (680 a 800 mil), které by vysílaly v rádiových pásmech Ku- a Ka.

Kvůli rostoucí konkurenci ostatních poskytovatelů satelitního internetu se však SpaceX rozhodl své plány urychlit a představil upravený plán FCC. K tomu došlo na podzim roku 2018, kdy společnost oznámila, že první dávka bude spuštěna do nižší nadmořské výšky - 550 kilometrů (340 mi), počínaje květnem 2019. Společnost také naznačila, že tato dávka bude mít zjednodušený design a vysílat pouze v pásmu Ku.

Raketa SpaceX Falcon 9 vypustila v únoru dva z testovacích satelitů společnosti Starlink. Uznání: SpaceX

Tato nižší nadmořská výška byla vybrána, aby se minimalizovalo riziko, které představují vesmírné haraburdí, ale také umožní společnosti vyslat více satelitů na oběžnou dráhu dříve. Dolní oběžná dráha umožní nejen raketám Falcon 9, které budou nasazovat satelity, nést těžší užitečné zatížení, bude to také znamenat kratší doby přenosu a že první várka satelitů dříve padne zpět na Zemi.

To je neodmyslitelnou součástí nového plánu společnosti SpaceX nahradit později várku zjednodušených satelitů upgradovanými verzemi a nakonec vytvořit úplnou konstelaci, která bude poskytovat internetové služby tak, jak byly původně inzerovány. Nedávné schválení FCC, které bylo vydáno 26. dubna navzdory námitkám konkurentů SpaceX, účinně odstranilo velkou regulační překážku pro společnost.

Gwynne Shotwell, prezidentka a provozní ředitelka SpaceX, ve svém prohlášení uvedla: „Toto schválení podtrhuje důvěru FCC v plány SpaceX nasadit satelitní konstelaci nové generace a propojit lidi po celém světě se spolehlivou a dostupnou širokopásmovou službou. Produkce Starlink je v plném proudu a první skupina satelitů již dorazila na místo startu ke zpracování. “

První dva prototypy satelitů Spacelink společnosti SpaceX jsou zde zobrazeny před jejich zahajovacím vypuštěním, které předvádějí důkladně užitečný autobus a několik pokročilých komponent. Uznání: SpaceX

Nasazení konstelace začalo vážně v únoru 2018, kdy společnost zahájila dva technologické demonstrátory (Microsat 2A a 2B) jako náklad na španělský satelit PAZ Earth Observing. V březnu 2018 FCC ozařovala plán společnosti na konstelaci fáze 4 4425 satelitů obíhajících na

V listopadu schválila komise FCC plán společnosti SpaceX na síť fáze 7 7518 satelitů na 340 km (210 mi). Dny před přijetím schválení však společnost SpaceX požádala o změnu a požádala o souhlas s vypuštěním prvních 1584 satelitů Starlink do nižší výšky 550 km (341 mi). Toto nejnovější rozhodnutí naznačuje, že FCC schválilo tuto změnu licence SpaceX.

Aby se tam dostali, čekají Elona Muska a SpaceX některé výzvy. Například společnost SpaceX je povinna vypustit polovinu svých satelitů fáze I do dubna 2024, což je zhruba 37 startů měsíčně. Zbývající

O tři roky později (do dubna 2027) bude muset být vypuštěno 2200 satelitů, jinak může SpaceX ztratit licenci.

Totéž platí pro jejich dávku satelitů Fáze II, které budou muset být plně nasazeny do listopadu nebo 2027. Pro splnění těchto požadavků bude muset SpaceX zvýšit produkci a brzy zahájit pravidelné starty. A v dnešní době není nedostatek konkurence jiných telekomunikačních a komerčních vesmírných gigantů. Muskovi opět nejsou cizí dlouhé šance a protahování.


Závislost nebezpečí srážky orbitálních úlomků na sklonu pro satelity na nízké oběžné dráze

Závislost nebezpečí srážky orbitálních úlomků na sklonu pro satelity na nízké oběžné dráze

Duncan Steel 2015 28. dubna

Úvod

V mém předchozím příspěvku týkajícím se nebezpečí kolize orbitálních úlomků pro testovací satelity na oběžné dráze nízké Země (LEO) jsem jako příklady použil pouze dvě hodnoty sklonu k rovníku (30 a 98 stupňů), přičemž tento příspěvek byl zaměřen hlavně na objasnění toho, jak pravděpodobnosti kolize se liší podle výšky. Napsal jsem tam, že připravím další příspěvek zaměřený na závislost sklonu: to je ono.

Metoda a vstupní orbitální data pro zde sledované objekty jsou přesně stejné jako v tomto prvním příspěvku, takže nebudu opakovat to, co jsem tam v tomto ohledu představil.

Na obrázku 1 níže ukazuji, jak se pravděpodobnost kolize mění se sklonem různých zkušebních satelitů (předpokládá se sférický, průřez jeden metr čtvereční) na kruhových drahách v různých výškách v zóně LEO. Použité sklony jdou v desetistupňových krocích od 0 do 180 stupňů, kromě toho, že byly vloženy tři další sklony: 28,5 stupně (geocentrická zeměpisná šířka mysu Canaveral), 45 stupňů (poblíž zeměpisné šířky místa startu Bajkonuru) a 98 stupňů ( přibližný sklon satelitů na sluneční synchronních drahách v LEO).

Obrázek 1: Variace pravděpodobnosti kolize proti veřejně dostupným oběžným dráhám sledovaných objektů na geocentrické oběžné dráze jako funkce sklonu pro kruhové zkušební oběžné dráhy družic v nadmořských výškách
500, 700, 800, 900, 1000 a 1500 km.

Následující hlavní body lze pochopit z obrázku 1:

  1. Zatímco všechny řádky pro jakoukoli konkrétní nadmořskou výšku satelitu vykazují vrcholy mezi 60 a 120 stupni, při vyšších sklonech (tj. Vysoce retrográdní zkušební dráhy) se pravděpodobnost kolize snižuje. Vzhledem k tomu, že pravděpodobnost kolize se lineárně mění s relativní rychlostí potenciálně kolizujících objektů a vzhledem k tomu, že většina sledovaných objektů je na postupných drahách, by se to dalo očekávat. Vysvětlení této funkce (tj. Snížení pravděpodobnosti kolize pro vysoce retrográdní dráhy) spočívá v tom, že je-li orbitální rovina testovacího satelitu blízko rovníku - ať už postupovat (i & lt 60 stupňů) nebo retrográdní (i & gt 120 stupňů) - pak tento satelit tráví většinu každé oběžné dráhy v nižších zeměpisných šířkách než převaha sledovaných objektů na blízkých polárních drahách. To má za následek snížení celkové pravděpodobnosti kolize.
  2. Čáry pro zkušební nadmořské výšky satelitů 700, 800 a 900 km ukazují široká maxima se sklonem 80 stupňů a lze je chápat jako výsledek pravděpodobnosti kolize, která se mění s relativní rychlostí potenciálně kolizních objektů: satelit s takovým sklonem (řekněme 80-100 stupňů) má zvýšenou pravděpodobnost čelní srážky s kouskem sledovaných úlomků (nebo skutečně fungujícím užitečným zatížením), který má podobný sklon, ale pohybuje se v opačném směru. Navíc srážka mezi Cosmosem 2251 (sklon 74 stupňů) a Iridiem 33 (sklon 86 stupňů) ve výšce asi 789 km vedla k téměř 2 000 položkám sledovaných úlomků (a mnoha menších).
  3. Nejvyšší pravděpodobnost srážky je ve výškách 700–900 km, což odpovídá mému předchozímu příspěvku.
  4. Vedlejší maxima jsou vidět při sklonech blízko 98 stupňů v nadmořských výškách 800, 900, 1000 a 1500 km. Lze je chápat tak, že jsou způsobeny většími populacemi sledovaných položek na tomto sklonu nebo v jeho blízkosti, možnost dočasného koplanárního průběhu cyklů precese uzlů, což vede ke zvýšené pravděpodobnosti kolize. Důvodem pro větší populaci poblíž sklonu 98 stupňů je: (a) více satelitů se vkládá na oběžné dráhy ve výškách nad 800 km s takovým sklonem (tj. Sluneční synchronní oběžné dráhy); b) čínská protisatelitní demonstrace v lednu 2007, když byl meteorologický satelit Fengyun-1C zničen na oběžné dráze ve výšce blízké 865 km a sklonu 98,9 stupňů, což mělo za následek téměř 3000 položek sledovaných úlomků (a mnoho dalších příliš malých na to, aby byly detekovány ze země) (c) 2015, 3. února americký obranný meteorologický satelit DMSP-F13, který byl vypuštěn v roce 1995, explodoval na oběžné dráze ve výšce blízké 850 km a sklonu 98,6 stupňů a zanechal stovky sledovatelných fragmentů na blízkých drahách.

Závěrečné poznámky

V tomto příspěvku jsem chtěl uvést jeden hlavní bod: pravděpodobnost ztráty funkčního satelitu v důsledku kolize s orbitálními úlomky není jen funkcí nadmořské výšky satelitu: existuje také silná závislost na orbitálním sklonu (k rovník), který je vybrán pro satelit. Informace vynesené na obrázku 1 naznačují, že pravděpodobnost kolize v jakékoli nadmořské výšce se může v celém rozsahu sklonu lišit dvojnásobně nebo třikrát, přičemž nejnebezpečnější je obsadit blízké polární dráhy.

Tento příspěvek je teprve druhým v řadě, ve které mám v úmyslu popsat a diskutovat o různých konkrétních bodech týkajících se rizika dopadu orbitálních úlomků na fungující satelity. Další příspěvky budou následovat.


Družice Starlink & # 8217s budou obíhat v mnohem nižší nadmořské výšce, čímž se sníží riziko vesmírného odpadu

Mezi mnoha plány Elona Muska & # 8217 do budoucna bylo jedním z nejambicióznějších vytvoření konstelace satelitů, které nabídnou širokopásmový přístup k internetu do celého světa. Známý jako & # 8220Starlink & # 8221, je dlouhodobým plánem společnosti nasadit více než 12 000 internetových satelitů na Low Earth Orbit (LEO) do poloviny 20. let.

Navzdory kritice a odmítnutí Musk a SpaceX v posledních letech podnikli několik zásadních kroků, aby se tento návrh dostal do pohybu. A podle nedávno vydaného oficiálního prohlášení společnosti je masová výroba v plném proudu a první várka operačních satelitů již na Floridě čeká na plánované spuštění v květnu 2019.

Tato zpráva přichází v patách společnosti, která obdržela souhlas Federální komunikační komise (FCC) k vypuštění satelitů na nižší oběžnou dráhu, než bylo původně uvedeno. SpaceX původně zamýšlel vypustit 4 425 satelitů na negeostacionární oběžné dráhy (NGSO) v rozmezí od 1100 do 1300 km (680 a 800 mil), které by vysílaly v rádiových pásmech Ku- a Ka.

Raketa SpaceX Falcon 9 vypustila v únoru dva z testovacích satelitů společnosti Starlink. Uznání: SpaceX

Vzhledem k rostoucí konkurenci ze strany jiných poskytovatelů satelitního internetu se však SpaceX rozhodl své plány urychlit a představil upravený plán FCC. K tomu došlo na podzim roku 2018, kdy společnost oznámila, že první dávka bude spuštěna do nižší nadmořské výšky a # 8211 550 kilometrů (340 mi), počínaje květnem 2019. Rovněž uvedli, že tato dávka bude mít zjednodušený design a vysílat pouze v pásmu Ku.

Tato nižší nadmořská výška byla vybrána, aby se minimalizovalo riziko, které představuje & # 8220space junk & # 8221, ale také umožní společnosti vyslat více satelitů na oběžnou dráhu dříve. Dolní oběžná dráha umožňuje nejen Falcon 9 rakety, které budou rozmisťovat satelity, aby unesly větší užitečné zatížení, bude to také znamenat kratší doby přenosu a že první várka satelitů dříve spadne zpět na Zemi.

To je vlastní novému plánu SpaceX & # 8217s nahradit později várku zjednodušených satelitů upgradovanými verzemi a nakonec vytvořit úplnou konstelaci, která bude poskytovat internetové služby tak, jak byly původně inzerovány. Nedávné schválení FCC & # 8211, které bylo vydáno 26. dubna, navzdory námitkám konkurentů SpaceX & # 8217s & # 8211 účinně odstranilo velkou regulační překážku pro společnost.

Jak vyjádřila Gwynne Shotwell, prezidentka a provozní ředitel SpaceX ve svém prohlášení:

„Toto schválení podtrhuje důvěru FCC v plány společnosti SpaceX nasadit satelitní konstelaci nové generace a propojit lidi po celém světě se spolehlivými a dostupnými širokopásmovými službami. Produkce Starlink je v plném proudu a první skupina satelitů mít již dorazil na místo spuštění ke zpracování. “

První dva prototypy satelitů Spacelink společnosti SpaceX jsou zde zobrazeny před jejich zahajovacím vypuštěním, které předvádějí důkladně užitečný autobus a několik pokročilých komponent. Uznání: SpaceX

Nasazení souhvězdí začalo vážně v únoru 2018, kdy společnost zahájila dva technologické demonstrátory (Microsat 2A a 2B) jako náklad na španělský satelit PAZ Earth Observing. Do března roku 2018 FCC označí plán společnosti na konstelaci Fáze I 4 425 satelitů obíhajících kolem

Toto bylo následováno v listopadu, kdy FCC schválilo plán SpaceX & # 8217s pro síť fáze II 7 518 satelitů na 340 km (210 mi). Dny před přijetím schválení však společnost SpaceX požádala o modifikaci, kdy by prvních 1584 satelitů Starlink bylo vypuštěno do nižší výšky 550 km (341 mi). Toto nejnovější rozhodnutí naznačuje, že FCC schválilo tuto změnu licence SpaceX & # 8217s.

Aby se tam Elon Musk a SpaceX dostali, mají před sebou několik náročných časů. Například společnost SpaceX je povinna vypustit polovinu svých satelitů fáze I do dubna 2024, což je zhruba 37 startů měsíčně. Zbývající

O tři roky později (do dubna 2027) bude nutné vypustit 2200 satelitů, jinak může SpaceX ztratit licenci.

Totéž platí pro jejich dávku satelitů Fáze II, které budou muset být plně nasazeny do listopadu nebo 2027. Pro splnění těchto požadavků bude muset SpaceX zvýšit produkci a brzy zahájit pravidelné starty. A v dnešní době není nedostatek konkurence ze strany jiných telekomunikačních a komerčních vesmírných gigantů. Muskovi opět nejsou cizí dlouhé šance a protahování.


Co je tak zvláštního na nízké oběžné dráze Země?

Chcete-li tento článek přehodnotit, navštivte Můj profil a poté Zobrazit uložené příběhy.

Chcete-li tento článek přehodnotit, navštivte Můj profil a poté Zobrazit uložené příběhy.

Od poslední lidské mise na Měsíc se všechny naše průzkumy ve vesmíru zaměřily na nízkou oběžnou dráhu Země. Ale co je na LEO tak zvláštního?

Ano, myslíme na LEO jako na cestu ve vesmíru - a je opravdu velmi vysoká. Mezinárodní vesmírná stanice obíhá 400 km nad zemským povrchem. Pokud jde o oběžné dráhy, není to tak daleko. Podívejte se na tento model pythonu (pomocí trinket.io), který ukazuje cestu ISS kolem Země. Jen abyste to viděli, vytvořil jsem vesmírnou stanici asi 2 000krát větší, než ve skutečnosti je. Oh, a toto je program v Pythonu, takže se můžete podívat na kód a změnit ho, pokud chcete. Můžete také otáčet a přibližovat a oddalovat zobrazení kliknutím pravým tlačítkem a posouváním.

Jak vidíte, LEO není příliš daleko od Země. Sotva to vůbec vidíte. Ale co geostacionární dráha? Geostacionární satelit je v orbitální vzdálenosti tak, že jeho úhlová rychlost je stejná jako u Země. To znamená, že když obíhá, zdá se, že je nad stejným místem na rovníku Země. Zde je další simulace, která ukazuje vzdálenost geostacionárního satelitu.

Lidé opravdu nechodí na geostacionární oběžnou dráhu. Je to všechno o LEO (prozatím).

Předstírejme, že na povrchu Země není žádný vzduch. Nyní chcete vypustit satelit na nízkou oběžnou dráhu Země. Musíte udělat dvě věci (zatímco zadržujete dech, protože není vzduch). Nejprve musíte zvýšit nadmořskou výšku satelitu až na 400 km nad povrchem Země. Zadruhé musíte zvýšit horizontální rychlost satelitu tak, aby gravitace táhla křivky na kruhovou oběžnou dráhu. Ale co vyžaduje více energie? Zde je super rychlý tutoriál o orbitální energii.

Předpokládejme, že chci kosmickou loď obíhat ve vzdálenosti r od středu Země (který má poloměr R). Jedinou silou na kosmické lodi je gravitační síla, která klesá se vzdáleností od středu. Tato síla musí zajistit, aby se objekt pohyboval v kruhu o poloměru r tak, že má zrychlení. Takže dostanu (G je gravitační konstanta a M E je hmotnost Země):

Změna energie k získání něčeho na oběžnou dráhu by byla součtem změn kinetické energie a změn gravitační potenciální energie (přecházející z povrchu na oběžnou dráhu). Oba závisí na vzdálenosti od středu planety.

Nahrazení rychlosti obíhajícího objektu:

Ten první člen v je kinetická energie (ve smyslu orbitálního poloměru) a ostatní členy jsou způsobeny změnou gravitační potenciální energie. Pokud zadám hodnotu r což odpovídá 400 km nadmořské výšce, pak je kinetická energie 89 procent z celkové energie potřebné pro oběžnou dráhu, přičemž gravitační potenciální energie je pouze 11 procent.

Ale co různé orbitální vzdálenosti? Čím výše jdete, tím méně kinetické energie potřebujete a tím více gravitační potenciální energie je potřeba. Zde je graf znázorňující energii potřebnou pro různé oběžné dráhy (počínaje povrchem Země).

Ano, tento graf ignoruje ztráty energie v důsledku odporu vzduchu v atmosféře, stejně jako podporu, kterou byste mohli získat z rotace Země.

Když se kosmická loď dostane na nízkou oběžnou dráhu Země, nezůstane tam navždy. Když objekty obíhají kolem Země, interagují s atmosférou. Existuje malá síla vzduchu, která je podobná silám a na střelu ze zbraně - velký rozdíl je velikost síly odporu. V LEO je vzduch opravdu řídký a vyvíjí jen malou sílu na předměty.

Obecně platí, že větší objekty mají nižší účinky tažení, protože mají také velmi velké hmotnosti. Tažná síla je úměrná průřezové ploše objektu, ale hmotnost je úměrná objemu. Pokud tedy zdvojnásobíte délku kosmické lodi (a také zvětšíte všechny rozměry), pak se plocha zvětší o 4, ale objem se zvýší o 8. S větší hmotou má síla menší vliv.


Nízká oběžná dráha Země: troposféra a stratosféra

Nízká oběžná dráha Země je místem, kde jsou všechny vrstvy atmosféry. (Obrázek: Cepheia / Shutterstock)

I když nízká oběžná dráha Země zahrnuje všechny vrstvy atmosféry, většina toho, co lidé znají z atmosféry, se děje v prvních dvou vrstvách. Troposféra a stratosféra jsou nejbližší vrstvy s velkým množstvím atmosférické hmoty. Nízká oběžná dráha Země nějak znamená začátek vesmíru.

Karmanova linie byla vládním pokusem označit hranici mezi Zemí a vesmírem, ale nedokázali se dohodnout na nadmořské výšce. Pohybuje se tedy od 80 do 100 kilometrů. Na čem se všichni shodnou, jsou vrstvy atmosféry a jejich nadmořské výšky. První vrstva je troposféra.

Co je to troposféra?

Nejnižší vrstva atmosféry se nazývá troposféra s průměrnou tloušťkou 10 kilometrů rozloženou nad zemským povrchem. V této vrstvě se děje všechno známé jako „počasí“, jmenovitě větry, bouřky, tornáda, hurikány, vánice a tvorba mraků.

Troposféra je nejnižší vrstva atmosféry, kde se vyskytuje počasí, a 80% hmoty atmosféry je koncentrováno. (Obrázek: BlueRingMedia / Shutterstock)

Konvektivní převrácení vzduchu má za následek všechny povětrnostní jevy. Kromě toho voda prochází všemi svými fázemi v troposféře: pára, déšť a sníh. „Převrácení“ se odráží ve jménu této tenké, ale husté vrstvy: tropos je řečtina pro „turn“, což znamená převrácení vzduchu. Proč se tady převrací vzduch?

Toto je přepis z video série Polní průvodce po planetách. Sledujte to hned, na Wondriu.

Převrácení v troposféře

K převrácení - vertikálnímu míchání - dochází, protože nejvyšší teplota troposféry je dole. Průměrná teplota na povrchu je asi 60 ° F a nahoře klesá až k průměru -75 ° F. Zde je soustředěno asi 80% hmoty atmosféry. Troposféra končí hranicí zvanou tropopauza, kde začíná další vrstva.

Co je to Stratosféra?

Stratosféra je druhá nejnižší vrstva zemské atmosféry, která začíná ve vzdálenosti 10 kilometrů nad povrchem. Na rozdíl od troposféry se teplota ve stratosféře zvyšuje s nadmořskou výškou. Nahoře je teplota kolem 32 ° F - téměř o 100 stupňů vyšší než na dně. Tlak však klesá na jeden milibar, tj. 1000krát nižší než povrchový tlak Země. Stratosféra končí v stratopauze. Znamená vyšší teplota, že je stratopauza teplá?

Je Stratosféra teplá?

Vyšší teplota v troposféře je výsledkem ultrafialového (UV) záření Slunce zachyceného částicemi ozonu (O3). Nachází se zde známá ozonová vrstva, kde je UV absorbováno. Nejvyšší koncentrace ozonu je v nejnižší části stratosféry, ale O3 lze také najít až do středu vrstvy.

Většina vyzařovaného UV záření je absorbována O3, rozbití na O2 a atomový kyslík (O). Dále O a O2 znovu kombinovat a znovu vytvořit O3. Absorbovaná energie však nevytváří teplé prostředí, protože molekuly jsou od sebe tak daleko, že ke kolizím dochází jen zřídka. Letouny letící kolem této výšky proto musí vytvářet tlak uvnitř kabiny a regulovat teplotu.

Letadla ve stratosféře

Cestovní výška pro většinu komerčních letů je přibližně 39 000 stop nebo 12 kilometrů nad povrchem. To znamená, že letadla létají v nejnižší části stratosféry, nad počasím a turbulencemi, které způsobuje. Hranici dvou vrstev lze vidět z letadla, protože mraky nevstupují do stratosféry. Vzduch je zde příliš řídký, takže kabiny letadel jsou pod tlakem.

Stratosféra je místem, kde letí většina komerčních letadel, protože tlak je pro létání ideální. (Obrázek: Kost9 / Shutterstock)

Kromě komerčních letadel létá SOFIA NASA také ve spodní stratosféře.

SOFIA: Stratosférická observatoř pro infračervenou astronomii

SOFIA je Boeing 747 s připojeným 100palcovým dalekohledem. Letí ve vzdálenosti 12 kilometrů, nad 99% zemské atmosféry, a studuje sluneční soustavu v infračervené části světelného spektra. Přechodné jevy, jako jsou zatmění a zákryty, jsou také nejlépe studovány pomocí SOFIA.

Měsíc Pluta a Saturna, Titan, byla také studována SOFIA ze stratosféry. Vyšší ve stratosféře je tlak vzduchu příliš nízký na to, aby typická letadla mohla létat. Vojenské trysky a jiná letadla, která létají ve vyšších nadmořských výškách, používají k provedení letu svůj výkon motoru.

Vědecké balóny jsou však vypouštěny ke shromažďování údajů. Nejlepším místem k tomu je stanice McMurdo v Antarktidě, protože vír jižního pólu udržuje balóny obsažené na malé ploše a nedovolí jim odletět do dálky.

Lze dojít k závěru, že první dvě vrstvy atmosféry na nízké oběžné dráze Země jsou těmi, které lidé nejvíce využívají.

Časté otázky o nízké oběžné dráze Země

Nízká oběžná dráha Země je „kruh“ kolem zemské atmosféry až 2 000 kilometrů nad povrchem. Družice a další vesmírné objekty vytvořené člověkem také obíhají na nízké oběžné dráze Země. Konec oběžné dráhy je začátkem vesmíru, kde začínají sluneční větry a zemská atmosféra je příliš tenká na to, aby se dala považovat za plyn.

Nízká oběžná dráha Země se rozkládá až 2 000 kilometrů nad povrchem. Všechny vrstvy atmosféry se nacházejí v této oblasti, přičemž téměř 80% hmoty je koncentrováno v nejnižší vrstvě, troposféře. The weather, winds and tornados, plane flights, and satellite orbits all occur in this 2000-kilometer-high zone before space characteristics dominate the environment.

The stratosphere is the second-lowest layer in the low Earth orbit . It starts at 10 kilometers above the surface, and even though its temperature rises through altitude due to UV radiation, its pressure decreases significantly. It contains the ozone layer and the cruising altitude for most commercial planes.

Low Earth orbit is about 2000 kilometers, which is not very high by space and orbit standards. In fact, the end of the low orbit somehow marks the beginning of space. The International Space Station orbits 400 kilometers above the Earth’s surface, and many satellites go above that. All the explorers sent to other planets pass the low Earth orbit at an early stage in their trip.


Making a Limbo List

One of my favorite horizon-scrapers is the Bug Nebula (NGC 6302) at –37° declination. Also called the Butterfly, it's a planetary nebula. What look like dainty butterfly wings are actually roiling cauldrons of gas heated to more than 20,000°C by a super-hot white dwarf star hidden by an equatorial band of dark dust. The gas is tearing across space at more than 965,000 km an hour.
NASA / ESA / Hubble SM4 ERO Team

Once you've determined the lowest declination visible from your location, you'll next need to find a way to plumb it. I keep several observing sites, including one where I can dig down to my southern limit. It's no more than a notch in the tree line but it's my window to wonders if I time things right!

If you have access to a large field or lake, you can probably see within a few degrees of your limit, like I can. If that's not possible, find an opening between trees, mountain peaks, or buildings and stalk it until the appointed meridian passage. Because of extinction (and depending on the size of your binoculars or telescope), select the brightest deep-sky objects and have a look.

Because we don't necessarily share the same latitude, your limbo list will differ from mine. That maxim includes Southern Hemisphere observers hoping to catch sight of northern deep-sky objects like the Andromeda Galaxy or the M81 / M82 galaxy pair.

This map highlights 11 delightful objects with southerly declinations visible from the northern U.S., southern Canada, central Europe, and points south. Declinations are labeled at left and stars are shown to magnitude 8. The NGC prefixes are omitted to avoid clutter. The map is drawn for 11 p.m. local time in late June, facing south. Objects on the map that I couldn't see but may be visible to you are lettered in gray. Click to enlarge.
Stellarium with additions by the author

For skywatchers in the Northern Hemisphere, summer is an auspicious time of year for low-hanging goodies thanks to the arrival of Scorpius and Sagittarius, both soaked in Milky Way splendor. I've prepared a list of deep-sky objects and double stars visible from northern Minnesota to help get you started. Many of the targets are magnitude 9.5 or brighter. If you own a refractor or SCT, you might need a step stool to reach these, but Dob owners will undoubtedly find it more comfortable to just sit on the ground. I don't mind being "grounded" while observing cosmic objects. I like the contrast between the gritty Earth and those far-away, cosmic visions pouring through the eyepiece.


Is there a lower limit for the altitude of orbiting objects? - Astronomie

It is estimated that hundreds of millions of pieces of space trash are now floating through our region of the solar system. Some of them are as large as trucks while others are smaller than a flake of paint. There are a couple of relatively famous pieces of space trash. One is the glove that floated away from the Gemini 4 crew during the first spacewalk by U.S. astronauts. The other is the camera Michael Collins lost during the Gemini 10 mission. Rocket boosters, pieces that came loose from spacecraft, and fragments and particles created by space collisions or explosions are other examples of the types of trash whizzing around Earth at speeds of up to 36,000 km per hour.

Earth s gravitational field pulls a lot of space trash into lower and lower orbits until it finally reaches Earth's atmosphere. Most of the trash burns up when it enters Earth s atmosphere. The higher the altitude at which it orbits the longer the space trash will remain in orbit. Space trash moving in orbits lower than 600 km normally falls back to Earth within a few years. Space trash orbiting at altitudes higher than 1,000 km can continue circling Earth for a century or more.

The main problem with space trash is the danger it poses to working satellites and manned spacecraft. NASA frequently replaces Space Shuttle windows damaged by orbiting flakes of paint! In Figure 1 above, you see an image of an impact crater found on a Shuttle window. The crater is about 1 millimeter in size and was caused by a "space trash particle" about 100 microns in size hitting the window at a high speed. More than likely, this particle came from a solid rocket motor burn.

Because of the very great speeds at which space trash travels, small pieces between 1 and 10 centimeters in size can penetrate and damage most spacecraft. A ten-centimeter long piece of space trash can cause as much damage as twenty-five sticks of dynamite! For these reasons, NASA (together with the Department of Defense) has created a space surveillance network. Ground stations track larger pieces of space trash so that collisions with working satellites or the Space Shuttle can be avoided. Future plans include a cooperative effort among the governments of many nations to stop littering space and to possibly clean up the trash already there. Who knows, an occupation for the near future might be as a space trash collector.