Ցածր մերձերկրյա ուղեծիր

Ցածր մերձերկրյա ուղեծիր (LEO, անգլ.՝ Low Earth Orbit) մերձերկրյա տիեզերական ուղեծիր, որն ունի [[Աշխարհագրական թաղանթ|մոլորակի մակերևույթից 160-2000 կմ բարձրություն (ուղեծրային շրջանի պտույտի ժամանակահատվածը 88-127 րոպե)։ 160 կմ-ից պակաս բարձրության վրա գտնվող օբյեկտները ենթարկվում են շատ ուժեղ մթնոլորտի ազդեցության և անկայուն են^[1][2]։

Բացառությամբ դեպի Լուսին թռչող օդաչուավոր թռիչքների (Ապոլոն ծրագիր, ԱՄՆ), մարդկային բոլոր տիեզերական թռիչքները տեղի են ունեցել կա՛մ ցածր մերձերկրյա, կամ ենթաուղեծրային շրջանում։ «Gemini 11» տիեզերանավն ամենաբարձր բարձրությունն ուներ ցածր մերձերկրյա տարածաշրջանում կառավարվող թռիչքների թվում՝ 1374 կմ գագաթնակետով։ Ներկայումս բոլոր օդաչուավոր տիեզերակայանները և Երկրի արհեստական արբանյակների մեծ մասը օգտագործում կամ օգտագործում էին ցածր մերձերկրյա տիեզերական ուղեծրեր։

Բացի այդ, տիեզերական աղբի մեծ մասը նույնպես կենտրոնացած է ցածր տիեզերական ուղեծրերում։

Ուղեծրի բնութագրեր

Ցածր մերձերկրյա տիեզերական ուղեծրում, կախված ուղեծրի բարձրություններից, օբյեկտների վրա ազդում են մթնոլորտի հազվադեպ շերտեր՝ թերմոսֆերա (80-500 կմ) և էկզոլորտ (500 կմ և ավելի)։ Այս ուղեծրերը գտնվում են մթնոլորտի խիտ շերտերի և ճառագայթային գոտիների միջև ընկած բացվածքում։

300 կմ-ից պակաս բարձրությունները սովորաբար չեն օգտագործվում արբանյակների համար։

Օբյեկտի ուղեծրային արագությունը, որն անհրաժեշտ է ցածր ուղեծրում կայուն մնալու համար, մոտավորապես 7,8 կմ/վ է, որը բարձրության աճի հետ նվազում է։ 200 կմ ուղեծրային բարձրության համար ուղեծրային արագությունը 7,79 կմ/վ (28000 կմ/ժ) է, իսկ 1500 կմ-ի համար՝ 7,12 կմ/վ (25600 կմ/ժ)^[3]։ Մոլորակի մակերևույթից մինչև ցածր տիեզերական ուղեծիր հասնելու համար պահանջվում է 9,4 կմ/վրկ բնորոշ մանևրային արագություն։ Ի հավելումն անհրաժեշտ առաջին տիեզերական արագության՝ 7,9 կմ/վ, պահանջվում է նաև լրացուցիչ 1,5–2 կմ/վ արագություն՝ աերոդինամիկ և գրավիտացիոն կորուստների պատճառով։

2017 թվականին նորմատիվային կանոնակարգերում ի հայտ է եկել «մերձերկրյա շատ ցածր ուղեծրեր» հասկացությունը, որը գտնվում է 450 կմ-ից ցածր^[4][5]։

Պատկերում ցույց է տրված Երկիրը և մերձերկրյա ուղեծրերը։ Ցածր տիեզերական ուղեծրային շրջանը նշված է կապույտով:

Օրինակներ

• Շատ հեռակառավարման արբանյակներ և հետախուզական մեքենաներ օգտագործում են ցածր ուղեծրեր, քանի որ դրանք ավելի մոտ են մակերևույթին։ Սարքերի համար, որոնք աշխատում են օպտիկական տիրույթում, կամ պահանջում են կայուն էներգիայի մատակարարում իրենց արևային վահանակների համար, հաճախ օգտագործում են արևասինքրոն ուղեծրեր մոտ 800 կմ բարձրությամբ և բևեռային թեքությամբ։
• Միջազգային տիեզերական կայանը (ՄՏԿ) գտնվում է Երկրի մակերեւույթից մոտ 400 կմ բարձրության վրա^[6]։
• Ցածր տիեզերական ուղեծրերը օգտագործվում են հեռահաղորդակցության արբանյակների համար, քանի որ այստեղ նրանք պահանջում են ավելի քիչ հզոր ուժեղացուցիչներ։ Այնուամենայնիվ, այս ուղեծրերը գեոկայուն չեն, և արբանյակը ուղիղ տեսադաշտ ունի մակերեսի միայն փոքր տարածքի վրա, հետևաբար, ցանցերն օգտագործում են բազմաթիվ արբանյակներ։

Արբանյակի կյանքի տևողությունը ցածր ուղեծրերում

Միջազգային տիեզերական կայանի ուղեծիրը

Ցածր ուղեծրում արբանյակի անցկացրած ժամանակը կախված է բազմաթիվ գործոններից, հատկապես Լուսնի ազդեցությունից և մթնոլորտի խիտ շերտերից բարձրությունից։ Օրինակ՝ «Explorer-6» ամերիկյան արբանյակի ուղեծիրը փոխվել է 3 ամիսը մեկ՝ 250 կմ-ից հասնելով 160 կմ-ի, ինչը հանգեցրել է արբանյակի ծառայության ժամկետի նվազմանը նախատեսված 20-ի փոխարեն 2 տարի։ «Սպուտնիկ 1»-ը գոյատևել է 3 ամիս (215 կմ-ից մինչև 939 կմ ուղեծրի փոփոխության պատճառով)։ Ծառայության ժամկետի վրա ազդող այլ գործոններ կարող են հանդիսանալ մթնոլորտի խիտ շերտերի բարձրությունը, որը կարող է տարբեր լինել՝ կախված օրվա ժամից և արբանյակի ուղեծրից։ Օրինակ՝ կեսօրից հետո 300 կմ բարձրության վրա մթնոլորտի տաքացված շերտերն ունեն 2 անգամ ավելի մեծ խտություն, քան կեսգիշերին, իսկ արբանյակի անցումը Երկրի հասարակածի վերևով նվազեցնում է արբանյակի բարձրությունը։ Արեգակնային ակտիվության աճը կարող է հանգեցնել մթնոլորտի վերին շերտերի խտության կտրուկ աճի, ինչի արդյունքում արբանյակն ավելի է դանդաղում, և նրա ուղեծրի բարձրությունն ավելի արագ է նվազում։

Արբանյակի ձևը նույնպես կարևոր դեր է խաղում, մասնավորապես, նրա միջնահատվածի տարածքը։ Արբանյակների համար, որոնք հատուկ նախագծված են ցածր ուղեծրերում աշխատելու համար, հաճախ ընտրվում է նետաձև, աերոդինամիկորեն պարզեցված ձևը։

Տիեզերական աղբ

Տիեզերական միջավայրը խիստ աղտոտված է տիեզերական աղբով՝ օգտագործված արբանյակների մնացորդների, ինչպես նաև արբանյակների պայթյունների և բախումների ժամանակ առաջացած բեկորների պատճառով։

Սկսած 2000-2010 -ական թվականներից, ցածր տիեզերական ուղեծրերում եղած բավականաչափ արբանյակները և տիեզերական աղբը բախվելով առաջացնում են բազմաթիվ բեկորներ, որոնք ավելի են աղտոտում այս տարածքը ( դոմինոյի սկզբունք կամ շղթայական ռեակցիա)^[7][8][9]։ Աղբի քանակի ավելացման այս էֆեկտը կոչվում է Քեսլերի համախտանիշ, որն էլ կարող է ապագայում հանգեցնել տիեզերական տարածության օգտագործման անհնարավորությանը։

ԱՄՆ-ի և Ռուսաստանի մի քանի կազմակերպություններ վերահսկում են այս տարածության ավելի քան 15000 օբյեկտների ուղեծրերը։ Այս դեպքում սովորաբար հուսալիորեն վերահսկվում են միայն տիեզերանավերը և տիեզերական աղբի այն բեկորները, որոնք ավելի են քան 10 սմ^[10]։ Այնուամենայնիվ, հնարավոր է կառուցել Երկրի ուղեծրի հետազոտման համակարգ, որը կարող է հայտնաբերել և հետևել 2 մ-ից մեծ տիեզերական աղբը^[11][12]։ 1-ից 10 սմ չափսերով օբյեկտները գործնականում ուշադրության չեն արժանանում, սակայն դրանք նույնպես վտանգ են ներկայացնում տիեզերանավերի համար։ «Whipple Shield»-ի տարբեր տարբերակներ օգտագործվում են արբանյակները փոքր օբյեկտների հետ բախումների բացասական հետևանքներից պաշտպանելու համար։

Ծանոթագրություններ

1. «IADC Space Debris Mitigation Guidelines» (PDF). Inter-Agency Space Debris Coordination Committee. 2002 թ․ հոկտեմբերի 15. Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2013 թ․ դեկտեմբերի 3-ին. Վերցված է 2014 թ․ հոկտեմբերի 22-ին.
2. «NASA Safety Standard 1740.14, Guidelines and Assessment Procedures for Limiting Orbital Debris» (PDF). Office of Safety and Mission Assurance. 1995 թ․ օգոստոսի 1. Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2013 թ․ փետրվարի 15-ին.
3. «LEO parameters». www.spaceacademy.net.au. Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ փետրվարի 11-ին. Վերցված է 2015 թ․ հունիսի 12-ին.
4. Crisp, N. H.; Roberts, P. C. E.; Livadiotti, S.; Oiko, V. T. A.; Edmondson, S.; Haigh, S. J.; Huyton, C.; Sinpetru, L.; Smith, K. L. (2020 թ․ օգոստոս). «The Benefits of Very Low Earth Orbit for Earth Observation Missions». Progress in Aerospace Sciences. 117: 100619. arXiv:2007.07699. doi:10.1016/j.paerosci.2020.100619. Արխիվացված է օրիգինալից 2021 թ․ մարտի 19-ին. Վերցված է 2021 թ․ մայիսի 16-ին.
5. Messier, Doug (2017 թ․ մարտի 3). «SpaceX Wants to Launch 12,000 Satellites». Parabolic Arc. Արխիվացված է օրիգինալից 2020 թ․ հունվարի 22-ին. Վերցված է 2018 թ․ հունվարի 22-ին. {{cite news}}: More than one of |accessdate= and |access-date= specified (օգնություն)
6. «Higher Altitude Improves Station's Fuel Economy». NASA. Արխիվացված օրիգինալից 2015 թ․ մայիսի 15-ին. Վերցված է 2013 թ․ փետրվարի 12-ին.
7. J.-C. Liou, An Assessment of the Current LEO Debris Environment and the Need for Active Debris Removal Archive copy Wayback Machine-ի միջոցով: // NASA, — 2010: «However, even before the ASAT test, model analyses already indicated that the debris population (for those larger than 10 cm) in LEO had reached a point where the population would continue to increase, due to collisions among existing objects, even without any future launches. The conclusion implies that as satellites continue to be launched and unexpected breakup events continue to occur, coimnonly-adopted mitigation measures will not be able to stop the collision-driven population growth.» — «Однако, даже до испытаний противоспутниковой ракеты (2007) анализ с помощью моделей привёл к выводу, что количество мусора (крупнее 10 см) на НОО достигло точки, после которой оно будет увеличиваться из-за столкновений между существующими объектами, даже без каких-либо будущих запусков. Вывод предполагает, что … обычные меры не смогут остановить рост количества из-за столкновений».
8. А. И. Назаренко, Прогноз засорённости ОКП на 200 лет и синдром Кесслера Archive copy Wayback Machine-ի միջոցով:, 2010: «Это означает, что лавинообразный рост техногенного загрязнения ОКП из гипотезы (синдром Кесслера) превратился в реальность: он уже начался.» (для малоразмерной фракции).
9. С. С. Вениаминов, А. М. Червонов, Космический мусор — угроза человечеству Archive copy Wayback Machine-ի միջոցով: / М: ИКИ РАН, 2012, ISSN 2075-6836, с. 136: «В 1990-х гг. уже существовали отдельные орбитальные области, в которых пространственная плотность КМ (космического мусора) превышала критический уровень. … (от 900 до 1000 км и около 1500 км)… Популяция КМ там будет увеличиваться количественно, даже если не будет притока новых КО извне, а количество фрагментов от столкновений в соответствии с синдромом Кесслера — расти экспоненциально.»
10. Fact Sheet: Joint Space Operations Center
11. Dorota Mieczkowska, Jakub Wojcicki, Patrycja Szewczak, Marek Kubel-Grabau, Martyna Zaborowska. Detection of objects on LEO using signals of opportunity // 2017 Signal Processing Symposium (SPSympo). — Jachranka Village, Poland: IEEE, 2017-09. — С. 1–6. — ISBN 978-1-5090-6755-8. — doi:10.1109/SPS.2017.8053660. Архивировано 6 марта 2022 года.
12. Jakub Kopycinski, Pawel Kuklinski, Wioleta Rzesa, Bartlomiej Majerski, Agnieszka Borucka. Satellites detection, tracking and cataloguing system // 2018 22nd International Microwave and Radar Conference (MIKON). — Poznan, Poland: IEEE, 2018-05. — С. 370–373. — ISBN 978-83-949421-1-3. — doi:10.23919/MIKON.2018.8405229. Архивировано 6 марта 2022 года.