QUỸ ĐẠO TRáI ĐẤT THẤP Là Gì?

Send

Bắt đầu từ những năm 1950 với các chương trình Sputnik, Vostok và Mercury, loài người bắt đầu trượt khỏi mối liên kết chắc chắn của Trái đất. Và trong một thời gian, tất cả các nhiệm vụ của chúng tôi là những gì được gọi là Quỹ đạo Trái đất thấp (LEO). Theo thời gian, với các nhiệm vụ Apollo và các nhiệm vụ không gian sâu liên quan đến tàu vũ trụ robot (như Nhiệm vụ Voyager), chúng tôi bắt đầu mạo hiểm vượt ra ngoài, đến Mặt trăng và các hành tinh khác của Hệ Mặt trời.

Nhưng nhìn chung, phần lớn các nhiệm vụ lên vũ trụ trong nhiều năm - có thể là phi hành đoàn hoặc chưa được thực hiện - đã đến Quỹ đạo Trái đất thấp. Chính tại đây, hàng loạt các vệ tinh liên lạc, điều hướng và quân sự của Earth Earth cư trú. Và chính tại đây, Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) tiến hành các hoạt động của mình, đây cũng là nơi mà phần lớn các phi hành đoàn ngày nay đi. Vậy LEO là gì và tại sao chúng ta lại có ý định gửi đồ đến đó?

Định nghĩa:

Về mặt kỹ thuật, các vật thể trong quỹ đạo Trái đất thấp nằm ở độ cao từ 160 đến 2.000 km (99 đến 1200 mi) so với bề mặt Trái đất. Bất kỳ vật thể nào ở dưới độ cao này sẽ bị phân rã quỹ đạo và sẽ nhanh chóng rơi vào bầu khí quyển, hoặc bốc cháy hoặc rơi xuống bề mặt. Các vật thể ở độ cao này cũng có chu kỳ quỹ đạo (tức là thời gian nó sẽ đưa chúng lên quỹ đạo Trái đất một lần) trong khoảng từ 88 đến 127 phút.

Các vật thể ở trên quỹ đạo Trái đất thấp phải chịu lực cản của khí quyển vì chúng vẫn nằm trong tầng trên của bầu khí quyển Trái đất - cụ thể là tầng nhiệt điện (80 - 500 km; 50 - 310 mi), theo đó (500, 1000 km; 310 620 mi) và ngoài vũ trụ (1000 km; 620 mi, và hơn thế nữa). Quỹ đạo của vật thể càng cao, mật độ và khí quyển 1 khí quyển càng thấp.

Tuy nhiên, vượt quá 1000 km (620 mi), các vật thể sẽ phải chịu Vành đai bức xạ Trái đất Van Allen - một vùng gồm các hạt tích điện kéo dài đến khoảng cách 60.000 km so với bề mặt Trái đất. Trong các vành đai này, gió mặt trời và các tia vũ trụ đã bị giữ lại bởi từ trường Trái đất, dẫn đến mức độ phóng xạ khác nhau. Do đó, tại sao các nhiệm vụ của LEO nhắm đến thái độ từ 160 đến 1000 km (99 đến 620 dặm).

Nét đặc trưng:

Trong phạm vi nhiệt quyển, nhiệt độ và ngoài vũ trụ, điều kiện khí quyển khác nhau. Ví dụ, phần dưới của tầng nhiệt điện (từ 80 đến 550 km; 50 đến 342 mi) chứa tầng điện ly, được đặt tên như vậy bởi vì ở đây trong bầu khí quyển các hạt bị ion hóa bởi bức xạ mặt trời. Do đó, bất kỳ tàu vũ trụ nào quay quanh khu vực này của khí quyển phải có khả năng chịu được mức độ của tia cực tím và bức xạ ion cứng.

Nhiệt độ trong khu vực này cũng tăng theo chiều cao, đó là do mật độ cực thấp của các phân tử của nó. Vì vậy, trong khi nhiệt độ trong tầng nhiệt độ có thể tăng cao tới 1500 ° C (2700 ° F), khoảng cách của các phân tử khí có nghĩa là nó sẽ không cảm thấy nóng đối với người tiếp xúc trực tiếp với không khí. Cũng ở độ cao này, các hiện tượng được gọi là Aurora Borealis và Aurara Australis được biết là xảy ra.

Exosphere, lớp ngoài cùng của bầu khí quyển Trái đất, kéo dài từ exobase và hòa nhập với sự trống rỗng của không gian bên ngoài, nơi không có bầu khí quyển. Lớp này chủ yếu bao gồm mật độ hydro, heli và một số phân tử nặng hơn bao gồm nitơ, oxy và carbon dioxide (gần với exobase).

Để duy trì quỹ đạo Trái đất thấp, một vật thể phải có vận tốc quỹ đạo đủ. Đối với các vật thể ở độ cao từ 150 km trở lên, phải duy trì vận tốc quỹ đạo là 7,8 km (4,84 mi) mỗi giây (28.130 km / h; 17.480 dặm / giờ). Đây là một chút ít hơn vận tốc thoát cần thiết để có được vào quỹ đạo, đó là 11,3 km (7 dặm) mỗi giây (40.680 km / h; 25.277 mph).

Mặc dù thực tế là lực hấp dẫn trong LEO không nhỏ hơn đáng kể so với bề mặt Trái đất (xấp xỉ 90%), con người và các vật thể trên quỹ đạo luôn ở trong trạng thái rơi tự do, tạo ra cảm giác không trọng lượng.

Công dụng của LEO:

Trong lịch sử thám hiểm không gian này, phần lớn các nhiệm vụ của con người đã đến quỹ đạo Trái đất thấp. Trạm vũ trụ quốc tế cũng quay quanh quỹ đạo trong LEO, giữa độ cao 320 đến 380 km (200 và 240 dặm). Và LEO là nơi phần lớn các vệ tinh nhân tạo được triển khai và bảo trì. Những lý do cho điều này là khá đơn giản.

Đối với một người, việc triển khai tên lửa và tàu con thoi không gian lên độ cao trên 1000 km (610 dặm) sẽ cần nhiều nhiên liệu hơn đáng kể. Và trong LEO, các vệ tinh liên lạc và điều hướng, cũng như các nhiệm vụ không gian, trải nghiệm băng thông cao và độ trễ thời gian liên lạc thấp (hay còn gọi là độ trễ).

Đối với các vệ tinh quan sát và gián điệp Trái đất, LEO vẫn đủ thấp để có cái nhìn tốt về bề mặt Trái đất và giải quyết các vật thể lớn và mô hình thời tiết trên bề mặt. Độ cao cũng cho phép các chu kỳ quỹ đạo nhanh (dài hơn một giờ đến hai giờ), cho phép chúng có thể xem cùng một khu vực trên bề mặt nhiều lần trong một ngày.

Và tất nhiên, ở độ cao từ 160 đến 1000 km so với bề mặt Trái đất, các vật thể không phải chịu bức xạ cực mạnh của Thắt lưng Van Allen. Nói tóm lại, LEO là địa điểm đơn giản nhất, rẻ nhất và an toàn nhất để triển khai các vệ tinh, trạm vũ trụ và các sứ mệnh không gian của phi hành đoàn.

Các vấn đề với mảnh vỡ không gian:

Do sự phổ biến của nó như là một điểm đến cho các vệ tinh và sứ mệnh không gian, và với sự gia tăng các vụ phóng vũ trụ trong vài thập kỷ qua, LEO cũng ngày càng trở nên tắc nghẽn với các mảnh vỡ không gian. Điều này có dạng các giai đoạn tên lửa bị loại bỏ, các vệ tinh không hoạt động và các mảnh vỡ được tạo ra bởi sự va chạm giữa các mảnh vỡ lớn.

Sự tồn tại của mảnh vụn này trong LEO đã dẫn đến mối lo ngại ngày càng tăng trong những năm gần đây, vì các vụ va chạm ở vận tốc cao có thể là thảm họa đối với các sứ mệnh không gian. Và với mỗi va chạm, các mảnh vụn bổ sung được tạo ra, tạo ra một chu kỳ hủy diệt được gọi là Hiệu ứng Kessler - được đặt theo tên của nhà khoa học NASA Donald J. Kessler, người đầu tiên đề xuất nó vào năm 1978.

Vào năm 2013, NASA đã ước tính rằng có thể có tới 21.000 bit rác lớn hơn 10 cm, 500.000 hạt trong khoảng từ 1 đến 10 cm và nhỏ hơn 100 triệu nhỏ hơn 1 cm. Kết quả là, trong những thập kỷ gần đây, nhiều biện pháp đã được thực hiện để giám sát, ngăn chặn và giảm thiểu các mảnh vỡ không gian và va chạm.

Chẳng hạn, vào năm 1995, NASA đã trở thành cơ quan vũ trụ đầu tiên trên thế giới ban hành một bộ hướng dẫn toàn diện về cách giảm thiểu các mảnh vỡ quỹ đạo. Năm 1997, Chính phủ Hoa Kỳ đã phản ứng bằng cách phát triển các Thực tiễn Tiêu chuẩn Giảm thiểu Mảnh vỡ Quỹ đạo, dựa trên các hướng dẫn của NASA.

NASA cũng đã thành lập Văn phòng Chương trình Mảnh vỡ Quỹ đạo, phối hợp với các bộ phận liên bang khác để giám sát các mảnh vỡ không gian và xử lý các sự gián đoạn do va chạm. Ngoài ra, Mạng lưới giám sát không gian Hoa Kỳ hiện đang giám sát khoảng 8.000 vật thể trên quỹ đạo được coi là mối nguy va chạm và cung cấp luồng dữ liệu quỹ đạo liên tục cho các cơ quan khác nhau.

Văn phòng mảnh vỡ không gian châu Âu (ESA) cũng duy trì Cơ sở dữ liệu và các đối tượng đặc trưng của hệ thống thông tin trong không gian (DISCOS), cung cấp thông tin về chi tiết phóng, lịch sử quỹ đạo, mô tả vật lý và mô tả nhiệm vụ cho tất cả các đối tượng hiện đang được ESA theo dõi. Cơ sở dữ liệu này được quốc tế công nhận và được sử dụng bởi gần 40 cơ quan, tổ chức và công ty trên toàn thế giới.

Trong hơn 70 năm, quỹ đạo Trái đất thấp là sân chơi cho khả năng không gian của con người. Thỉnh thoảng, chúng tôi đã mạo hiểm vượt ra ngoài sân chơi và tiến xa hơn vào Hệ Mặt Trời (và thậm chí xa hơn). Trong những thập kỷ tới, rất nhiều hoạt động dự kiến sẽ diễn ra trong LEO, bao gồm việc triển khai thêm nhiều vệ tinh, khối, tiếp tục hoạt động trên tàu ISS và thậm chí cả du lịch hàng không vũ trụ.

Không cần phải nói, sự gia tăng hoạt động này sẽ yêu cầu chúng ta làm gì đó về tất cả những thứ linh tinh thấm vào các không gian. Với nhiều cơ quan không gian, các công ty hàng không vũ trụ tư nhân và những người tham gia khác đang tìm cách tận dụng LEO, một số hoạt động dọn dẹp nghiêm trọng sẽ cần phải diễn ra. Và một số giao thức bổ sung chắc chắn sẽ cần được phát triển để đảm bảo nó luôn sạch sẽ.

Chúng tôi đã viết nhiều bài viết thú vị về quỹ đạo Trái đất ở đây tại Tạp chí Vũ trụ. Ở đây, quỹ đạo của trái đất là gì? Không gian cao bao nhiêu ?, Có bao nhiêu vệ tinh trong không gian?, Ánh sáng phương Bắc và phương Nam - Cực quang là gì? và Trạm vũ trụ quốc tế là gì?

Nếu bạn thích thêm thông tin về quỹ đạo Trái đất thấp, hãy xem các loại quỹ đạo từ trang web của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu. Ngoài ra, ở đây, một liên kết đến bài viết của NASA về quỹ đạo Trái đất thấp.

Chúng tôi cũng đã ghi lại toàn bộ tập phim Thiên văn học diễn viên về việc đi vòng quanh hệ mặt trời. Nghe ở đây, Tập 84: Bắt xung quanh hệ mặt trời.

Nguồn: