موضوع مقاله: مدار پایینی زمین | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # مدار پایینی زمین | مقدمه: بیشترین اجسام مصنوعی که در فضای بیرونی هستند در LEO قرار می‌گیرند که ارتفاع آنها از سطح آب‌ها (ارتفاع جغرافیایی) هرگز بیشتر از یک سوم شعاع زمین (۶۳۷۸ کیلومتر) نیست. | ## بخش 1: مدار پایینی زمین | اجرامی که در این مدار قرار می‌گردند، (آن را مانند یک باند در نظر بگیرید که از حدود ۱۶۰ کیلومتری از سطح آب‌ها حساب می‌شود تا ۲۰۰۰ کیلومتری) در هر منطقه از آن که باشند به دقت تحت نظر هستند چرا که امکان برخورد با سایر ماهواره‌ها وجود دارد. تا به امروز تمامی انسان‌هایی که به ایستگاه‌های فضایی رفته‌اند به این مدار سفر کرده‌اند. از۱۹۶۸ تا ۱۹۷۲ ماموریت‌های :برنامه فضایی آپولو انسان‌ها را به ورای LEO فرستادند و از پایان این برنامه هیچ انسانی به ورای LEO فرستاده نشد. بیشترین ارتفاع ماهواره‌های مدار پایینی زمین از سطح زمین بین ۱۶۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتر (۱۰۰–۱۲۴۰ مایل) از سطح زمین است. مسیر حرکت این ماهواره‌ها از غرب به شرق و هم‌جهت با دَوَران زمین به دور خودش است. به دلیل نزدیکی فاصلهٔ این نوع ماهواره‌ها از سطح زمین، سرعت حرکت این ماهواره‌ها خیلی بیشتر از سرعت دوران زمین بدور خودش است؛ سرعت این گونه ماهواره‌ها باید به حدی باشد تا به زمین سقوط نکنند. برخی از ماهواره‌های هواشناسی، ماهواره‌های سنجش از دور و ماهواره‌های جاسوسی از این نوع‌اند. همچنین برخی از ماهواره های اینترنتی مانند استارلینک روی این مدار قرار گرفته اند. ارتفاع جغرافیایی یک شی در یک مدار بیضوی به مدار کپلر نیز معروف هستند که مرکز گریزی کمتر از ۱ را دارند) در طول یک مدار می‌تواند بسیار متفاوت باشد. حتی در یک مدار کروی (circular orbits) ارتفاع جغرافیایی می‌تواند در نقاط مختلف سطح زمین تا ۳۰ کیلومتر متفاوت باشد (مخصوصا در مورد :مدار قطبی (فضا) این مسئله مشهود است) که این مربوط به بحث ریاضی ضریب فشردگی مدل کروی زمین (earth’s spheroid figure) و مشخصات زمین شناختی منطقه‌ای (عارضه‌نگاری) می‌باشد (این مدل بیان می‌دارد که زمین کاملاً گرد نیست و طبق ریاضی ضریب فشردگی که وجود دارد در میانه برآمدگی دارد و بیشتر شبیه یک پیاز تا یک پرتقال). برخی از مدارهای بسیار بیضوی که قسمتی از آنها از LEO عبور می‌کند و تا پایین‌ترین جای این منطقه می‌رسند (:اوج و حضیض) جزو این منطقه حساب نمی‌شوند چرا که بالاترین جای آنها از محدودهٔ ۲۰۰۰ کیلومتری فراتر می‌رود (Apogee). اجرام زیر مداری ممکن است داخل این منطقه شوند ولی جزو این منطقه حساب نمی‌آیند چرا که مجدد داخل اتمسفر می‌شوند. مشخص بودن مدارهای نزدیک زمین در منطقه نزدیک زمین از این جهت مهم است که ممکن است باعث برخورد با سایر ماهواره‌ها یا خرده ریزها (حاصل از سایر اجرام قرار گرفته در این مدار) شوند. | ## بخش 2: مدار پایینی زمین | میانگین سرعت مداری برای برقراری پایدار در مدار نزدیک زمین ۷٫۶ کیلومتر بر ثانیه است که این میانگین با افزایش فاصله کاهش می‌یابد طوری که در فاصله ۲۰۰ کیلومتری از زمین به ۷٫۷۹ کیلومتر بر ثانیه می‌رسد و در فاصله ۱۵۰۰ کیلومتری به ۷٫۱۲ کیلومتر بر ثانیه می‌رسد. البته برای فرستادن و قرار دادن چیزی در این مدار به منظور ثابت بودن در آن از زمین باید مقاومت اتمسفر و جاذبه را نیز در نظر گرفت که باید به این مقدار سرعت ۱٫۳ تا ۱٫۸ کیلومتر بر ثانیه را افزود. نیروی جاذبه در منطقه LEO کمی از سطح زمین کمتر است این به این دلیل است که فاصلهٔ منطقهٔ LEO از سطح زمین از شعاع زمین کمتر است. (نباید انتظار بیشتری داشت) با این حال یک جسم در این منطقه طبق تعریف در سقوط آزاد است و چونکه نیرویی آنها را به بالا نگه نمی‌دارد تجربه :بی‌وزنی رخ می‌دهد. (این چیزی است که فضانوردان برای آن تمرین می‌کنند و نمونه ساده‌تر آن را در شهر بازی‌ها و چرخ و فلک‌ها می‌توان تا حدود درک کرد) اجرامی که در LEO قرار دارند تحت تأثیر کشش گازهای لایه ترموسفر (حدود ۸۰ تا ۶۰۰ کیلومتری از سطح زمین) هستند. این کشش حتی توسط گازهای اگزوسفر (حدود ۶۰۰ کیلومتری و به بالا از سطح زمین) اعمال می‌شود. مدارهای ماهواره‌هایی که کمتر از ۳۰۰ کیلومتر ارتفاع دارند به سرعت توسط کشش اتمسفریک مزمحل (پوسیده) می‌شوند. اجرامی که در منطقه LEO می‌گردند بین منطقه متراکمتر اتمسفر و زیر لایه منطقه موسوم به کمربند تشعشی ون آلن قرارمی گردند. (:کمربند وان آلن) از این جهت که برای پرتاپ اجرام، سوختی به نام delta-v صرف می‌شود مدارهای استوایی منطقه LEO که به ELEO معروف هستند و نسبت به استوای زمین انحراف کمی دارند (نزدیک به آن هستند) سوخت کمتری نسبت به سایر مدارها مصرف می‌کنند البته مشروط به اینکه در جهت چرخش زمین این پرتابها انجام شوند و از این جهت بیشترین استقبال را برای پرتاپ ماهواره‌ها دارا هستند. مدارهای بالاتر از مدار نزدیک زمین به دلیل شدت تشعشات و تجمع بار الکتریکی می‌توانند منجر به خرابی‌های زود هنگام قطعات الکترونیکی شوند. در سال ۲۰۱۷ برای استفاده از مدارهای نزدیک زمین قواعدی در نظر گرفته شد که یکی از این قوانین توضیح غیر اقتصادی بودن مدارهای موسوم به VELO بود. به این معنی که استفاده از مدارهایی که در فاصله کمتر از ۴۵۰ کیلومتری هستند (VELO) اقتصادی نیست چونکه اجرام در این مدارها نسبتاً زود از جای خود خارج می‌شوند و برای قرارگیری در مدار خود (orbit raising) نیازمند فن آوریهای به روز هستند. مزایای استفاده از LEO ماهواره‌ها برای قرارگیری در مدار نزدیک زمین به کمترین میزان انرژی در مقایسه با سایر مدارها نیازمند هستند. | ## بخش 3: مدار پایینی زمین | ماهواره‌ها و ایستگاه‌های فضایی که در این منطقه قرار دارند بیشتر در دسترس فضانوردان هستند و بیشتر خدمات نگهداری دریافت می‌کنند. برخی از ماهواره‌های ارتباطی از مدارهای ایستگاه جغرافیایی مدار زمین‌مرکزی(GEO) استفاده می‌کنند که با سرعتی برابر سرعت زمین حرکت می‌کنند و همیشه روی یک منطقه قرار دارند. معایب استفاده از LEO بر خلاف ماهواره‌هایی که در منطقه GEO قرار دارند، ماهواره‌های منطقه LEO منطقه پوششی کمی دارند و بنابراین در هر لحظه فقط قادر به ارتباط و مخابره با منطقه محدودی از زمین هستند. این به معنی است که برای پوشش همیشگی هر نوع از خدمات توسط ماهواره‌ها نیاز به شبکه ای از آنها است. ماهواره‌هایی که در زیر منطقه LEO قرار دارند به دلیل خارج شدن نسبتاً سریع از مدار نیازمند این هستند که دوباره در مدار قرار گیرند یا با ماهواره جدیدی جایگیزین شوند. مثال‌ها :ایستگاه فضایی بین‌المللی در منطقه ۴۰۰ تا ۴۲۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد و سالی چند مرتبه نیاز به قرارگیری مجدد در مدار دارد. :ماهواره دیدبانی زمین که به ماهواره‌های حسگر از فاصله دور هم معروف هستند که شامل ماهواره‌های جاسوسی و ماهواره‌های عکاسی از این مدار استفاده می‌کنند البته تا زمانی که بتوانند سطح زمین را ببینند. برخی از ماهواره‌ها که بخواهند از انرژی همیشگی خورشید استفاده کنند می‌توانند در مدارهای منطبق بر خورشید LEO یعنی در ارتفاع ۸۰۰ کیلومتری و نزدیک به انحراف قطبی قرار بگیرند. :ایستگاه فضایی تیانگونگ که در آوریل ۲۰۲۱ پرتاپ شد در فاصله ۳۴۰ تا ۴۵۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. نزدیک به ۹۵٪ از اشیاء نشان داده شده، زباله‌های فضایی هستند، نه ماهواره‌های عملیاتی. اندازه نقاط زباله برای به حداکثر رساندن برداشت بیننده از نگاره تنظیم شده است و در قیاس با زمین مقیاس‌بندی نشده ولی تجسم خوبی از مناطقی با بیشترین غلظت زباله‌های مداری در مدار پایین زمین ارائه می‌دهند؛ منطقه‌ای که کمتر از ۲۰۰۰ کیلومتر از سطح زمین فاصله دارد و بیشترین غلظت زباله در آن است. | ## جمع‌بندی | برخورد این نخاله‌های به یکدیگر می‌تواند تولید نخاله‌های بیشتر کند که به اثر دومینو (واکنش زنجیره ای) یا سندروم کسلر معروف است.