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Comparación del tamaño de la órbita de las constelaciones GPS , GLONASS , Galileo , BeiDou-2 e Iridium , la Estación Espacial Internacional , el Telescopio Espacial Hubble y la órbita geoestacionaria (y su órbita cementerio ), con los cinturones de radiación de Van Allen y la Tierra a escala. [a]
La Luna 's órbita es de alrededor de 9 veces más grande que la órbita geoestacionaria. [b] (En el archivo SVG, coloca el cursor sobre una órbita o su etiqueta para resaltarla; haz clic para cargar su artículo).

Una órbita terrestre baja ( LEO ) es una órbita centrada en la Tierra cercana al planeta, a menudo especificada como un período orbital de 128 minutos o menos (haciendo al menos 11,25 órbitas por día) y una excentricidad inferior a 0,25. [1] La mayoría de los objetos artificiales en el espacio exterior están en LEO, con una altitud que nunca supera un tercio del radio de la Tierra . [2]

El término "región LEO" también se utiliza para el área del espacio por debajo de una altitud de 2.000 km (1.200 millas) (aproximadamente un tercio del radio de la Tierra ). [3] Los objetos en órbitas que pasan a través de esta área, incluso si tienen un apogeo más alejado, o son suborbitales , se rastrean cuidadosamente porque presentan un riesgo de colisión para los muchos satélites en LEO.

Todas las estaciones espaciales tripuladas hasta la fecha han estado en LEO. De 1968 a 1972, las misiones lunares del programa Apollo enviaron humanos más allá de LEO. Desde el final del programa Apollo, no ha habido vuelos espaciales tripulados más allá de LEO.

Definición de características [ editar ]

Una gran variedad de fuentes [4] [5] [6] definen LEO en términos de altitud . La altitud de un objeto en una órbita elíptica puede variar significativamente a lo largo de la órbita. Incluso para las órbitas circulares , la altitud sobre el suelo puede variar hasta 30 km (19 millas) (especialmente para las órbitas polares ) debido a la oblatura de la figura esferoide de la Tierra y la topografía local . Si bien las definiciones basadas en la altitud son intrínsecamente ambiguas, la mayoría de ellas se encuentran dentro del rango especificado por un período de órbita de 128 minutos porque, de acuerdo con la tercera ley de Kepler , esto corresponde a un semieje mayor.de 8.413 km (5.228 millas). Para las órbitas circulares, esto a su vez corresponde a una altitud de 2.042 km (1.269 mi) por encima del radio medio de la Tierra, lo que es consistente con algunos de los límites superiores de altitud en algunas definiciones de LEO.

Algunas fuentes definen la región LEO como una región en el espacio que ocupan las órbitas LEO. [3] [7] [8] Algunas órbitas altamente elípticas pueden pasar a través de la región LEO cerca de su altitud más baja (o perigeo ) pero no están en una Órbita LEO porque su altitud (o apogeo ) más alta excede los 2.000 km (1.242,7 millas). Los objetos suborbitales también pueden alcanzar la región LEO pero no están en una órbita LEO porque vuelven a entrar en la atmósfera . La distinción entre las órbitas LEO y la región LEO es especialmente importante para el análisis de posibles colisiones entre objetos que pueden no estar en LEO pero que podrían colisionar con satélites o desechos en órbitas LEO.

Características orbitales [ editar ]

La velocidad orbital media necesaria para mantener una órbita terrestre baja estable es de unos 7,8 km / s (28.000 km / h; 17.000 mph), pero se reduce al aumentar la altitud orbital. Calculado para una órbita circular de 200 km (120 mi) es de 7,79 km / s (28.000 km / h; 17.400 mph), y para 1.500 km (930 mi) es de 7,12 km / s (25.600 km / h; 15.900 mph) . [9] El delta-v necesario para alcanzar la órbita terrestre baja comienza alrededor de 9,4 km / s. La resistencia atmosférica y gravitacional asociada con el lanzamiento agrega típicamente 1.3-1.8 km / s (4.700-6.500 km / h; 2.900-4.000 mph) al vehículo de lanzamiento delta-v requerido para alcanzar la velocidad orbital LEO normal de alrededor de 7.8 km / s (28.100 km / h; 17.400 mph). [10]

El tirón de la gravedad en LEO es solo un poco menor que en la superficie de la Tierra. Esto se debe a que la distancia a LEO desde la superficie de la Tierra es mucho menor que el radio de la Tierra. Sin embargo, un objeto en órbita está, por definición, en caída libre, ya que no hay ninguna fuerza que lo sostenga. Como resultado, los objetos en órbita, incluidas las personas, experimentan una sensación de ingravidez , aunque en realidad no estén sin peso.

Los objetos en LEO encuentran resistencia atmosférica de gases en la termosfera (aproximadamente 80-600 km sobre la superficie) o exosfera (aproximadamente 600 km o 400 mi y más), dependiendo de la altura de la órbita. Debido a la resistencia atmosférica, los satélites no suelen orbitar por debajo de los 300 km (190 millas). Los objetos en LEO orbitan la Tierra entre la parte más densa de la atmósfera y debajo del cinturón de radiación interno de Van Allen .

Las órbitas ecuatoriales bajas de la Tierra (ELEO) son un subconjunto de LEO. Estas órbitas, con baja inclinación al ecuador, permiten tiempos de revisión rápidos de lugares de baja latitud en la Tierra y tienen el requisito delta-v más bajo (es decir, combustible gastado) de cualquier órbita, siempre que tengan la orientación directa (no retrógrada) con respecto a la rotación de la Tierra. Las órbitas con un ángulo de inclinación muy alto con respecto al ecuador generalmente se denominan órbitas polares .

Las órbitas más altas incluyen la órbita terrestre media (MEO), a veces llamada órbita circular intermedia (ICO), y más arriba, la órbita geoestacionaria (GEO). Las órbitas más altas que las bajas pueden provocar una falla temprana de los componentes electrónicos debido a la intensa radiación y la acumulación de carga.

En 2017, las órbitas "muy bajas de la Tierra" comenzaron a verse en las presentaciones regulatorias . Estas órbitas, por debajo de aproximadamente 450 km (280 millas) y denominadas " VLEO ", requieren el uso de tecnologías novedosas para la elevación de la órbita porque operan en órbitas que normalmente decaerían demasiado pronto para ser económicamente útiles. [11] [12]

Uso de LEO [ editar ]

Reproducir medios
Aproximadamente la mitad de una órbita de la ISS .

Una órbita terrestre baja requiere la menor cantidad de energía para la colocación de un satélite. Proporciona un gran ancho de banda y una baja latencia de comunicación . Los satélites y las estaciones espaciales en LEO son más accesibles para la tripulación y el servicio.

Dado que se requiere menos energía para colocar un satélite en un LEO, y un satélite allí necesita amplificadores menos potentes para una transmisión exitosa, LEO se utiliza para muchas aplicaciones de comunicación, como el sistema telefónico Iridium . Algunos satélites de comunicación utilizan órbitas geoestacionarias mucho más altas y se mueven a la misma velocidad angular que la Tierra para parecer estacionarios sobre una ubicación del planeta.

Desventajas [ editar ]

A diferencia de los satélites geosincrónicos , los satélites en LEO tienen un pequeño campo de visión , solo pueden observar y comunicarse con una fracción de la Tierra a la vez. Esto significa que se requiere una red (o " constelación ") de satélites para proporcionar una cobertura continua. Los satélites en las regiones más bajas de LEO también sufren una rápida desintegración orbital , lo que requiere un refuerzo periódico para mantener una órbita estable o el lanzamiento de satélites de reemplazo cuando los antiguos vuelven a entrar.

Ejemplos [ editar ]

  • La Estación Espacial Internacional se encuentra en un LEO a unos 400 km (250 millas) a 420 km (260 millas) sobre la superficie de la Tierra, [13] y necesita un refuerzo varias veces al año debido a la desintegración orbital.
  • Los satélites de telecomunicaciones Iridium orbitan a unos 780 km (480 millas).
  • Los satélites de observación de la Tierra , también conocidos como satélites de detección remota , incluidos los satélites espías y otros satélites de imágenes de la Tierra , utilizan LEO, ya que pueden ver la superficie de la Tierra con mayor claridad al estar más cerca de ella. La mayoría de los satélites artificiales se colocan en LEO. [14] Los satélites también pueden aprovechar la iluminación constante de la superficie inferior a través de órbitas LEO sincronizadas con el Sol a una altitud de aproximadamente 800 km (500 millas) y con una inclinación casi polar. Envisat (2002-2012) es un ejemplo.
  • Misiones gravimétricas como GOCE orbitaron a unos 255 km (158 millas) para medir el campo de gravedad de la Tierra a la máxima sensibilidad. La vida útil de la misión fue limitada debido a la resistencia atmosférica. GRACE y GRACE-FO estaban orbitando a unos 500 km (310 mi). * El Telescopio Espacial Hubble orbita a unos 540 km (340 mi) sobre la Tierra.
  • La estación china Tiangong-1 estaba en órbita a unos 355 kilómetros (221 millas), [15] hasta su desorbitación en 2018.
  • La estación china Tiangong-2 estaba en órbita a unos 370 km (230 millas), hasta que se desorbitó en 2019.

Desechos espaciales [ editar ]

El entorno LEO se está congestionando con desechos espaciales debido a la frecuencia de los lanzamientos de objetos. Esto ha causado una creciente preocupación en los últimos años, ya que las colisiones a velocidades orbitales pueden ser fácilmente peligrosas e incluso mortales. Las colisiones pueden producir aún más desechos espaciales en el proceso, creando un efecto dominó conocido como síndrome de Kessler . El Centro de Operaciones Espaciales Combinadas , parte del Comando Estratégico de los Estados Unidos (anteriormente Comando Espacial de los Estados Unidos), rastrea más de 8.500 objetos de más de 10 cm en LEO. [16] Podría haber aproximadamente un millón de objetos muy peligrosos de más de 2 milímetros, [17]que son demasiado pequeños para ser visibles desde observatorios terrestres, según un estudio limitado del Observatorio de Arecibo . [18]

Ver también [ editar ]

  • Comparación de sistemas de lanzamiento orbital
  • Órbita geoestacionaria (GEO)
  • Vehículo de lanzamiento de carga pesada
  • Órbita terrestre alta (HEO)
  • Órbita altamente elíptica (HEO)
  • Lista de órbitas
  • Órbita terrestre media (MEO)
  • Vehículo de lanzamiento de altura media
  • Ejemplos específicos de energía orbital
  • Vuelo espacial suborbital
  • Cinturón de radiación Van Allen

Notas [ editar ]

  1. ^ Los períodos y velocidades orbitales se calculan utilizando las relaciones 4π 2 R 3  =  T 2 GM y V 2 R  =  GM , donde R , radio de órbita en metros; T , período orbital en segundos; V , velocidad orbital en m / s; G , constante gravitacional, aproximadamente6,673 x 10 −11  Nm 2 / kg 2 ; M , masa de la Tierra, aproximadamente5,98 × 10 24  kg .
  2. ^ Aproximadamente 8,6 veces (en radio y longitud) cuando la luna está más cerca (363 104  km ÷42 164  kilometros ) a 9,6 veces cuando la luna está más alejado (405 696  km ÷42 164  km ).

Referencias [ editar ]

  1. ^ "Archivos de catálogo actual" . Consultado el 13 de julio de 2018 . LEO: Movimiento medio> 11,25 y excentricidad <0,25
  2. ^ Sampaio, Jarbas; Wnuk, Edwin; Vilhena de Moraes, Rodolpho; Fernandes, Sandro (1 de enero de 2014). "Dinámica orbital resonante en la región LEO: desechos espaciales en foco" . Problemas matemáticos en ingeniería . 2014 : Figura 1: Histograma del movimiento medio de los objetos catalogados. doi : 10.1155 / 2014/929810 .
  3. ^ a b "Directrices de mitigación de desechos espaciales de la IADC" (PDF) . COMITÉ DE COORDINACIÓN DE ESCOMBROS ESPACIALES ENTRE AGENCIAS: Emitido por el Grupo Directivo y el Grupo de Trabajo 4. Septiembre de 2007. Región A, Región de órbita terrestre baja (o LEO): región esférica que se extiende desde la superficie de la Tierra hasta una altitud (Z) de 2.000 km
  4. ^ "Definición de ÓRBITA DE LA TIERRA BAJA" . Diccionario Merriam-Webster . Consultado el 8 de julio de 2018 .
  5. ^ "Preguntas frecuentes" . FAA . Consultado el 14 de febrero de 2020 . LEO se refiere a órbitas que suelen tener menos de 2.400 km (1.491 millas) de altitud.
  6. ↑ Campbell, Ashley (10 de julio de 2015). "Glosario SCaN" . NASA . Consultado el 12 de julio de 2018 . Órbita terrestre baja (LEO): una órbita geocéntrica con una altitud mucho menor que el radio de la Tierra. Los satélites en esta órbita están entre 80 y 2000 kilómetros sobre la superficie de la Tierra.
  7. ^ "¿Qué es una órbita?" . NASA . David Hitt: Servicios de tecnología educativa de la NASA, Alice Wesson: JPL, JD Harrington: HQ ;, Larry Cooper: HQ ;, Flint Wild: MSFC ;, Ann Marie Trotta: HQ ;, Diedra Williams: MSFC. 2015-06-01 . Consultado el 8 de julio de 2018 . LEO son las primeras 100 a 200 millas (161 a 322 km) de espacio.CS1 maint: otros ( enlace )
  8. ↑ Steele, Dylan (3 de mayo de 2016). "Guía del investigador: efectos ambientales espaciales" . NASA . pag. 7 . Consultado el 12 de julio de 2018 . el entorno de órbita terrestre baja (LEO), definido como 200 a 1000 km sobre la superficie de la Tierra
  9. ^ "Parámetros LEO" . www.spaceacademy.net.au . Consultado el 12 de junio de 2015 .
  10. ^ Swinerd, Graham (2008). Cómo vuelan las naves espaciales . Publicación Praxis. págs. 103-104. ISBN 978-0387765723.
  11. ^ Crujiente, NH; Roberts, PCE; Livadiotti, S .; Oiko, VTA; Edmondson, S .; Haigh, SJ; Huyton, C .; Sinpetru, L .; Smith, KL; Worrall, SD; Becedas, J. (agosto de 2020). "Los beneficios de la órbita terrestre muy baja para las misiones de observación de la Tierra" . Progreso en Ciencias Aeroespaciales . 117 : 100619. arXiv : 2007.07699 . doi : 10.1016 / j.paerosci.2020.100619 .
  12. ↑ Messier, Doug (3 de marzo de 2017). "SpaceX quiere lanzar 12.000 satélites" . Arco parabólico . Consultado el 22 de enero de 2018 .
  13. ^ "Mayor altitud mejora la economía de combustible de la estación" . NASA . Consultado el 12 de febrero de 2013 .
  14. ↑ Holli, Riebeek (4 de septiembre de 2009). "Observatorio de la Tierra de la NASA" . earthobservatory.nasa.gov . Consultado el 28 de noviembre de 2015 .
  15. ^ "天宫 一号 成功 完成 二次 变轨"
  16. ^ Hoja informativa: Centro de operaciones espaciales conjuntas Archivado el 3 de febrero de 2010 en la Wayback Machine.
  17. ^ archivo de astronomía: basura espacial
  18. ^ Escoba láser ISS, proyecto Orion. Archivado el 28 de julio de 2011 en la Wayback Machine.

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