مدار أرضي منخفض

يعرف المدار الأرضي المنخفض (بالإنجليزية Low Earth Orbit واختصاراً LEO) على أنه المدار الذي يقع محله الهندسي (جميع النقاط الواقعة عليه) بين سطح الأرض حتى ارتفاع 2,000 كيلومتر. ونظراً لسرعة التدهور المدارى للاجسام على ارتفاعات أقل من 200 كيلومتر تقريباً، غالباً ما يعرف المدار الأرضي المنخفض على أنه المدار بين ارتفاعى 160 - 2,000 كيلومتر (100 - 1,240 ميل) فوق سطح الأرض.
باستثناء الرحلات المأهولة إلى القمر خلال برنامج أبولو، جميع الرحلات المأهولة كانت إما مدارية في المدار الأرضي المنخفض وإما شبه مدارية. أعلى ارتفاع تم تسجيله لرحلات الفضاء المأهولة في المدار الأرضي المنخفض كان رحلة جيمينى 11 (Gemini 11) بأوج يساوى 1,374.1 كيلومتر.

الخصائص المدارية

الاجسام الواقعة في المدار الأرضي المنخفض تلقى مقاومة نتيجة الاحتكاك بغازات طبقة الثيرموسفير من الغلاف الجوى (بين 80 - 500 كيلومتر تقريباً) أو طبقة الإيكسوسفير (من 500 كيلومتر تقريباً إلى أعلى)، على حسب ارتفاع المدار. يقع المدار الأرضي المنخفض داخل الغلاف الجوى وأسفل الحلقة الداخلية من حزام فان آلن الإشعاعى. وغالباً ما لايقل الارتفاع عن 300 كيلومتر لأن المدار بارتفاع أقل من ذلك يصبح غير عملى نتيجة المقاومة الكبيرة الناتجة عن الاحتكاك بالغلاف الجوى.

وتعد المدارات الأرضية المنخفضة الأستوائية (بالإنجليزية Equatorial Low Earth Orbits واختصاراً ELEO) فرع من المدار الأرضي المنخفض. هذه المدارات - التي لها زاوية ميل صغيرة مع خط الأستواء - تسمح بتكرار الزيارات على فترات قصيرة ولها أقل تغير في السرعة مطلوب (بالإنجليزية Delta-V) عن أى مدار آخر. وتسمى المدارات التي لها زاوية ميل كبيرة بالمدارات القطبية.

المدارات الأعلى تتضمن المدار الأرضي المتوسط (بالإنجليزية Medium Earth Orbits واختصاراً MEO) والتي تسمى أحياناً "مدارات دائرية متوسطة" (بالإنجليزية Intermediate Circular Orbits واختصاراً ICO)، وأعلى من ذلك يوجد المدار الجغرافى الثابت. المدارات الأعلى من المدار الأرضي المنخفض غالباً ما تؤدى إلى فشل مبكر في الإلكترونيات بسبب شدة الإشعاع وتراكم الشحنات.

الاستخدامات البشرية

توجد المحطة الفضائية الدولية في مدار أرضي منخفض بين ارتفاعى 320 كيلومتر (199 ميل) و 400 كيلومتر (249 ميل) فوق سطح الأرض..

بالرغم من أن معظم الأقمار الصناعية توضع في المدار الأرضي المنخفض، حيث تسير بسرعة حوالى 7.8 كم/ث (28,080 كم/س)، بحيث تكمل دورة واحدة كاملة حول الأرض في حوالى 90 دقيقة. فإن معظم أقمار الاتصالات تتطلب مدار جغرافى ثابت، بحيث تتحرك بنفس السرعة الزاوية التي تدور بها الأرض حول نفسها. وبما أن وضع المدار الأرضي المنخفض يتطلب طاقة أقل لوضع قمر صناعى فيه ومضخمات أقل قوة لنقل الإشارات بنجاح لذذلك ما زالت الأقمار الصناعية في المدارات الأرضية المنخفضة مستخدمة في مجال الإتصالات. 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 كيلومتر (500 ميل) ولها ميل قريب من المدارات القطبية. القمر الصناعي إنفيسات (بالإنجليزية ENVISAT) 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 أى جسم أو شخص في المدار يشعر بانعدام الجاذبية بسبب تأثيرات السقوط الحر.

وتضيف مقاومة الغلاف الجوى (بالإنجليزية Atmospheric Drag) ومقاومة الجاذبية (بالإنجليزية Gravity Drag) المرتبطتين بعملية الإطلاق؛ تضيفان مجموعتين حوالى من 1.5 كم/س إلى 2.0 كم/س إلى التغير في السرعة (بالإنجليزية 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.

الحطام الفضائى

أصبحت بيئة المدار الأرضي المنخفض مكتظة بالحطام الفضائي، وتسبب ذلك في اهتمام متزايد في السنين القليلة الأخيرة، حيث أن الاصطدامات بسرعات مدارية يمكن أن تكون مدمرة وخطيرة، ويمكن كذلك أن تنتج المزيد من الحطام الفضائي فيما يعرف بمتلازمة كيسلر (بالإنجليزية Kessler Syndrome). ويتابع حالياً المركز المشترك للعمليات الفضائية التابع للقيادة الاستراتيجية للولايات المتحدة؛ يتابع حالياً حوالى 8,500 جسم أكبر من 10 سم في المدار الأرضي المنخفض، غير أن دراسة لمرصد أريسيبو (بالإنجليزية Arecibo Observatory) ذكرت أنه من المحتمل وجود حوالى مليون جسم أكبر من 2 ميلليمتر، والتي تعد صغيرة جداً لترصد من الأرض.