المعرفة

مدار أرضي منخفض

مدار أرضي منخفض إنگليزية: Low Earth orbit (LEO) هو مدار حول الأرض بدور يبلغ 128 دقيقة أو أقل (مما يجعله يكمل ما لا يقل عن 11.25 دورة في اليوم) وبانحراف أقل من 0.25.[1] معظم الأجسام الاصطناعية في الفضاء الخارجي موجودة في مدار أرضي منخفض، وبارتفاع لا يزيد عن ثلث نصف قطر الأرض.[2]

مقارنة أحجام مدارات GPS و گلوناس و گاليليو و بـِيْ‌دو-2 و إيريديوم، بمدار كلٍ من محطة الفضاء الدولية وتلسكوب هبل الفضائي و المدار الثابت بالنسبة للأرض (ومدار الجبانة له)، مع أحزمة إشعاع ڤان ألن والأرض بنفس مقياس الرسم.[أ]
مدار القمر هو حوالي 9 أضعاف المدار الثابت بالنسبة للأرض.[ب] (في ملف SVG، حـُمْ فوق مدار أو فوق عنوانه لتبيانه؛ انقر لتحميل مقاله.)
كرة مدارية تُظهر مختلف الاحتمالات الفرعية الدون مدارية، المداري والقطع الزائدي.
مجموعة متنوعة من المدارات الأرضية المرسومة بنسبة، حيث يُمثل الحلقة السماوية الزرقاء الفاتحة في داخل مدار أرضي منخفض (LEO).

يُستخدم أيضاً مصطلح منطقة مدار أرضي منخفض للإشارة إلى المنطقة في الفضاء تحت ارتفاع 2,000 كم (1,200 ميل)، وهو يشكل حوالي ثلث نصف قطر الأرض.[3] يتم تتبع الأجسام في المدارات التي تمر عبر هذه المنطقة، حتى إذا كان لديها نقطة أوج البعيدة عنها أو إذا كانت تحت المدار، حيث يشكلون خطر اصطدام محتمل للعديد من السواتل في مدار أرضي منخفض.

جميع المحطات الفضائية المأهولة حتى الآن كانت في مدار أرضي منخفض. من عام 1968 إلى عام 1972، أرسلت بعثات برنامج أپولو البشر إلى خارج مدار أرضي منخفض إلى القمر. منذ انتهاء برنامج أبولو، لم يتم إجراء أي رحلات فضائية بشرية خارج مدار أرضي منخفض.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تحديد الخصائص

يتم تحديد تعريف مدار أرضي منخفض (LEO) في العديد من المصادر من حيث الارتفاع[4][5][6] في العديد من المصادر من حيث الارتفاع. ارتفاع الجسم في المدار الإهليلجي يمكن أن يتغير بشكل كبير على طول المدار. حتى في المدارات الدائرية، يمكن أن يختلف الارتفاع فوق الأرض بمقدار 30 كم (19 ميل) (خاصة للمدارات القطبية) بسبب التفلطح البيضاوي لشكل الأرض والطبوغرافية المحلية. على الرغم من أن التعاريف التي تعتمد على الارتفاع غامضة بطبيعتها، إلا أن معظمها يقع في النطاق المحدد بفترة مدارية تبلغ 128 دقيقة، لأنه وفقاً لقانون كبلر الثالث، يتوافق هذا مع نصف المحور الرئيسي البالغ 8,413 كم (5,228 ميل). وبالنسبة للمدارات الدائرية، يتوافق ذلك بدوره مع ارتفاع يبلغ 2,042 كم (1,269 ميل) فوق نصف قطر الأرض المتوسط، وهو متسق مع بعض الحدود العلوية للارتفاع في بعض تعريفات مدار أرضي منخفض.

تعرف بعض المصادر النطاق المحيط بمدار أرضي منخفض (LEO) كمنطقة في الفضاء تحتلها مدارات المدار الأرضي المنخفض .[3][7][8] قد تمر بعض المدارات البيضوية العالية عبر منطقة مدار أرضي منخفض قرب أدنى ارتفاع لها (أو نقطة الحضيض) ولكنها ليست في مدار أرضي منخفض بسبب ارتفاعها الأعلى (أو نقطة الأوج) الذي يتجاوز 2,000 كم (1,200 ميل). يمكن للأجرام الدون مدارية أيضاً الوصول إلى منطقة مدار أرضي منخفض ولكنها ليست في مدار أرضي منخفض لأنها تعود إلى الغلاف الجوي. يعد التمييز بين المدارات الأرضية المنخفضة ومنطقة مدار أرضي منخفض أمراً مهماً بشكل خاص لتحليل الاصطدامات المحتملة بين الأجرام (الأجسام) التي قد لا تكون في مدار أرضي منخفض بذاتها ولكنها يمكن أن تصطدم بالسواتل أو الحطام في مدار أرضي منخفض.

 
الارتفاعات المدارية لأشهر السواتل حول الأرض


الخصائص المدارية

الأجسام الواقعة في المدار الأرضي المنخفض تلقى مقاومة نتيجة الاحتكاك بغازات طبقة الثرموسفير من الغلاف الجوي (بين 80 - 500 كيلومتر تقريباً) أو طبقة الأكسوسفير (من 500 كيلومتر تقريباً إلى أعلى)، على حسب ارتفاع المدار. يقع المدار الأرضي المنخفض داخل الغلاف الجوي وأسفل الحلقة الداخلية من حزام ڤان ألن الإشعاعي. وغالباً ما لايقل الارتفاع عن 300 كم لأن المدار بارتفاع أقل من ذلك يصبح غير عملي نتيجة المقاومة الكبيرة الناتجة عن الاحتكاك بالغلاف الجوي.


وتعد المدارات الأرضية المنخفضة الإستوائية فرع من المدار الأرضى المنخفض. هذه المدارات - التي لها زاوية ميل صغيرة مع خط الإستواء - تسمح بتكرار الزيارات على فترات قصيرة ولها أقل تغير في السرعة مطلوب عن أي مدار آخر. وتسمى المدارات التي لها زاوية ميل كبيرة بالمدارات القطبية.

المدارات الأعلى تتضمن المدار الأرضي المتوسط والتي تسمى أحياناً "مدارات دائرية متوسطة"، وأعلى من ذلك يوجد المدار الجغرافي الثابت. المدارات الأعلى من المدار الأرضي المنخفض غالباً ما تؤدى إلى فشل مبكر في الإلكترونيات بسبب شدة الإشعاع وتراكم الشحنات.

تتعرض الأجرام في مدار أرضي منخفض لتأثير الجاذبية الجوية الناجمة عن الغازات في الطبقة الحرارية (على ارتفاع يتراوح بين حوالي 80-600 كم فوق السطح) أو الطبقة الخارجية (الإكسوسفير) (على ارتفاع يتراوح حوالي 600 كم أو 400 ميل وأعلى)، وذلك يعتمد على ارتفاع المدار. تتحلل المدارات للأقمار الصناعية التي تصل ارتفاعاتها إلى أقل من 300 كم (190 ميل) بسرعة بسبب التأثير الجوي. تدور الأجرام في المدار LEO حول الأرض بين الجزء الأكثر كثافة في الغلاف الجوي وأسفل حزام إشعاع ڤان ألن.

مدار أرضي منخفض استوائي (ELEO) هي جزء من المدارات الأرضية المنخفضة. هذه المدارات، التي تميل بشكل ضئيل إلى خط الاستواء، تسمح بزيارة سريعة للأماكن ذات تغيرات منخفضة في السرعة على سطح الأرض وتتطلب أقل كمية من التغير في سرعة المركبة (أي الوقود المستهلك) من أي مدار آخر، طالما أنها تتمتع بالتوجيه المباشر (وليس العكس) بالنسبة لدوران الأرض. يُطلق على المدارات ذات زاوية ميل عالية جداً تجاه خط الاستواء عادة اسم المدارات القطبية أو المدارات المتزامنة مع الشمس.

المدارات الأعلى تشمل المدار الأرضي المتوسط (MEO)، المسمى أحياناً المدار الدائري المتوسط (ICO)، وفي مدار أعلى، مدار ثابت بالنسبة للأرض (GEO). المدارات التي تكون أعلى من المدار المنخفض قد تؤدي إلى فشل مبكر للمكونات الإلكترونية بسبب الإشعاع الشديد وتراكم الشحنة.

في عام 2017، بدأت المدارات الأرضية المنخفضة جداً (VLEO) في الظهور في الملفات التنظيمية. هذه المدارات، التي تكون أقل من حوالي 450 كم (280 ميل)، تتطلب استخدام تقنيات جديدة لرفع المدار لأنها تعمل في مدارات ستتلاشى عادةً قبل فترة كافية لتكون مفيدة اقتصادياً.[9][10]

استخدامات المدار الأرضي المنخفض

تقريباً نصف مدار المحطة الفضائية العالمية

توجد المحطة الفضائية الدولية في مدار أرضي منخفض بين ارتفاعي 320 ككم (199 ميل) و400 كم (249 ميل) فوق سطح الأرض.[11]

بالرغم من أن معظم الأقمار الصناعية توضع في المدار الأرضي المنخفض، حيث تسير بسرعة حوالي 7.8 كم/ث (28,080 كم/س)، بحيث تكمل دورة واحدة كاملة حول الأرض في حوالي 90 دقيقة. فإن معظم أقمار الاتصالات تتطلب مدار جغرافي ثابت، بحيث تتحرك بنفس السرعة الزاوية التي تدور بها الأرض حول نفسها. وبما أن وضع المدار الأرضي المنخفض يتطلب طاقة أقل لوضع قمر صناعي فيه ومضخمات أقل قوة لنقل الإشارات بنجاح لذذلك ما زالت الأقمار الصناعية في المدارات الأرضية المنخفضة مستخدمة في مجال الاتصالات. ولأن المدارات الأرضية المنخفضة ليست ثابتة جغرافياً يلزم استخدام شبكة أو كوكبة من الأقمار الصناعية لتوفير تغطية مستمرة. وتستخدم المدارات المنخفضة أيضاً للأقمار الصناعية الخاصة بتطبيقات الأستشعار عن بعد بسبب دقة التفاصيل الممكن الحصول عليها. وتستفيد أيضاً أقمار الاستشعار عن بعد من المدارات الأرضية المنخفضة المتزامنة مع الشمس على ارتفاع حوالى 800 كم (500 ميل) ولها ميل قريب من المدارات القطبية. القمر الصناعي إنڤيسات هو أحد أمثلة الأقمار الصناعية التي تستخدم هذا النوع بالذات من المدارات الأرضية المنخفضة.

ورغم أن الجاذبية الأرضية في المدارات الأرضية المنخفضة لا تقل كثيراً عنها عند سطح الأرض، فإن أي جسم أو شخص في المدار يشعر بانعدام الجاذبية بسبب تأثيرات السقوط الحر.

وتضيف مقاومة الغلاف الجوي ومقاومة الجاذبية المرتبطتين بعملية الإطلاق؛ تضيفان مجموعتين حوالى من 1.5 كم/س إلى 2.0 كم/س إلى التغير في السرعة (Delta-V) المطلوب من مركبة الإطلاق لتحقيق السرعة المدارية المعتادة الخاصة بالمدار الأرضي المنخفض والتي تساوى 7.8 كم/ث (28,080 كم/س) تقريباً.

السلبيات

على عكس السواتل المتزامنة مع الأرض، فإن السواتل في مدار أرضي منخفض (LEO) تتمتع بمجال بصر صغير وبالتالي يمكنها مراقبة والتواصل مع جزء صغير فقط من الأرض في نفس الوقت. وهذا يعني أنه يتطلب شبكة (أو "كوكبة") من السواتل لتوفير تغطية مستمرة. تعاني السواتل في مدار أرضي منخفض LEO أيضاً من تدهور مدارها بسرعة وتحتاج إما إلى إعادة دفع دورية للحفاظ على مدار ثابت أو إلى إطلاق سواتل جديدة عندما تعود السواتل القديمة إلى الدخول الجوي.

المخلفات الفضائية

بسبب تكرار إطلاق الأجسام في المدار، أصبحت بيئة مدار أرضي منخفض مكتظة بالمخلفات الفضائية.[12]وتسبب هذا في ازدياد القلق في السنوات الأخيرة، حيث يمكن أن تكون التصادمات بسرعة المدار خطرة أو قاتلة. يمكن أن تنتج التصادمات حطام الفضاء الإضافي، مما يؤدي إلى تأثير الدومينو يعرف بمتلازمة كيسلر. يتتبع برنامج مخلفات المدار، الذي يعد جزءاً من وكالة ناسا، أكثر من 25,000 جسم بحجم أكبر من 10 سم في مدار أرضي منخفض، ويقدر عدد الأجسام التي يتراوح قطرها بين 1 و10 سم بـ 500,000. تتجاوز كمية الجسيمات التي يزيد حجمها عن 1 مم 100 مليون جسيمة.[13] تسافر هذه الجسيمات بسرعات تصل إلى 7.8 كم/ث (28,000 كم/ساعة؛ 17,500 ميل/ساعة)، لذلك حتى تأثير جسيمة صغيرة يمكن أن يتسبب في تلف شديد للمركبة الفضائية.[14]

أمثلة

سابقاً

  • كانت محطة تيان‌گونگ 1 الصينية في مدار يبلغ حوالي 355 كيلومتر (221 ميل)[17] حتى خروجها من المدار في عام 2018.
  • كانت محطة تيان‌گونگ 2 الصينية في مدار يبلغ حوالي 370 كيلومتر (230 ميل)، حتى خروجها من المدار في عام 2019.
  • مهمة مستكشف حقل الجاذبية والحالة المستقرة لدوران المحيطات (GOCE)، وهي مهمة أخرى للجاذبية، كانت تدور في مدار يبلغ حوالي 255 كيلومتر (158 ميل) لقياس حقل الجاذبية للأرض بأعلى حساسية. تم تحديد عمر المهمة بسبب السحب الجوي.

في الخيال العلمي

في فيلم 2001: A Space Odyssey، تدور محطة العبور الخاصة بالأرض (محطة الفضاء V) "على ارتفاع 300 كيلومتر فوق الأرض".[18]


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

انظر أيضاً

الهوامش

  1. ^ الدورات والسرعات المدارية تـُحسب باستخدام العلاقات 4π2R3 = T²GM و V2R = GM، حيث R هو نصف قطر المدار بالمتر؛ T هي orbital period بالثانية؛ V هي السرعة المدارية بالـ m/s؛ G هي ثابت الجاذبية، تقريباً 6.673×10−11 م‌ب²/كج²؛ M هي كتلة الأرض، تقريباً 5.98×1024 kg (1.318×1025 lb).
  2. ^ تقريباً 8.6 ضعف (في نصف القطر والطول) حين يكون القمر أقرب ما يكون (أي: 363,104 km/42,164 km)، إلى 9.6 أضعاف حين يكون القمر أبعد ما يكون حين يكون القمر أبعد ما يكون (أي: 405,696 km/42,164 km).

المصادر

  1. ^ "Current Catalog Files". Archived from the original on June 26, 2018. Retrieved July 13, 2018. LEO: Mean Motion > 11.25 & Eccentricity < 0.25
  2. ^ Sampaio, Jarbas; Wnuk, Edwin; Vilhena de Moraes, Rodolpho; Fernandes, Sandro (2014-01-01). "Resonant Orbital Dynamics in LEO Region: Space Debris in Focus". Mathematical Problems in Engineering. 2014: Figure 1: Histogram of the mean motion of the cataloged objects. doi:10.1155/2014/929810. Archived from the original on 2021-10-01. Retrieved 2018-07-13.
  3. ^ أ ب "IADC Space Debris Mitigation Guidelines" (PDF). INTER-AGENCY SPACE DEBRIS COORDINATION COMMITTEE: Issued by Steering Group and Working Group 4. September 2007. Archived (PDF) from the original on 2018-07-17. Retrieved 2018-07-17. Region A, Low Earth Orbit (or LEO) Region – spherical region that extends from the Earth's surface up to an altitude (Z) of 2,000 km
  4. ^ "Definition of LOW EARTH ORBIT". Merriam-Webster Dictionary (in الإنجليزية). Archived from the original on 2018-07-08. Retrieved 2018-07-08.
  5. ^ "Frequently Asked Questions" (in الإنجليزية الأمريكية). FAA. Archived from the original on 2020-06-02. Retrieved 2020-02-14. LEO refers to orbits that are typically less than 2,400 km (1,491 mi) in altitude.
  6. ^ Campbell, Ashley (2015-07-10). "SCaN Glossary" (in الإنجليزية). NASA. Archived from the original on 2020-08-03. Retrieved 2018-07-12. Low Earth Orbit (LEO): A geocentric orbit with an altitude much less than the Earth's radius. Satellites in this orbit are between 80 and 2000 kilometers above the Earth's surface.
  7. ^ "What Is an Orbit?". NASA (in الإنجليزية). David Hitt : NASA Educational Technology Services, Alice Wesson : JPL, J.D. Harrington : HQ;, Larry Cooper : HQ;, Flint Wild : MSFC;, Ann Marie Trotta : HQ;, Diedra Williams : MSFC. 2015-06-01. Archived from the original on 2018-03-27. Retrieved 2018-07-08. LEO is the first 100 to 200 miles (161 to 322 km) of space.{{cite news}}: CS1 maint: others (link)
  8. ^ Steele, Dylan (2016-05-03). "A Researcher's Guide to: Space Environmental Effects". NASA (in الإنجليزية). p. 7. Archived from the original on 2016-11-17. Retrieved 2018-07-12. the low-Earth orbit (LEO) environment, defined as 200–1,000 km above Earth's surface
  9. ^ 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.; Worrall, S. D.; Becedas, J. (August 2020). "The Benefits of Very Low Earth Orbit for Earth Observation Missions". Progress in Aerospace Sciences. 117: 100619. arXiv:2007.07699. Bibcode:2020PrAeS.11700619C. doi:10.1016/j.paerosci.2020.100619. S2CID 220525689.
  10. ^ Messier, Doug (2017-03-03). "SpaceX Wants to Launch 12,000 Satellites". Parabolic Arc. Archived from the original on 2020-01-22. Retrieved 2018-01-22.
  11. ^ "Observing the International Space Station". Canadian Space Agency. Retrieved 2008-01-17.
  12. ^ United Nations Office for Outer Space Affairs (2010). "Space Debris Mitigation Guidelines of the Committee on the Peaceful Uses of Outer Space". Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC). Retrieved October 19, 2021.{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link)
  13. ^ "ARES | Orbital Debris Program Office | Frequently Asked Questions". NASA.gov. Archived from the original on 2022-09-02. Retrieved 2022-09-02.
  14. ^ Garcia, Mark (2015-04-13). "Space Debris and Human Spacecraft". NASA.gov. Archived from the original on 2022-09-08. Retrieved 2022-09-02.
  15. ^ "Higher Altitude Improves Station's Fuel Economy". NASA. Archived from the original on 2015-05-15. Retrieved 2013-02-12.
  16. ^ Holli, Riebeek (2009-09-04). "NASA Earth Observatory". earthobservatory.nasa.gov (in الإنجليزية). Archived from the original on 2018-05-27. Retrieved 2015-11-28.
  17. ^ ""天宫一号成功完成二次变轨"". Archived from the original on 2011-11-13. Retrieved 2020-10-13.
  18. ^ "Space station from 2001: A Space Odyssey".
 
هذه الصورة من إنتاج ناسا و أخذت من صفحة ناسا (NASA) أو من منشوراتها. حقوق النشر لناسا تُؤكد أن منتوجاتها ليست محمية من طرف حقوق النشر، إلا إذا ذُكِر ذلك. للمزيد من المعلومات، المرجوا الاطلاع على صفحة ناسا لحماية حقوق النشر.


الكلمات الدالة:
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=مدار_أرضي_منخفض&oldid=3898396"