Orbita terrestre baja

Comparación del tamaño de órbita de GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou-2 y constelaciones de Iridium, la Estación Espacial Internacional, el Telescopio Espacial Hubble y la órbita geoestacionaria (y su órbita de cementerio), con los cinturones de radiación Van Allen y la Tierra a escala.

La órbita de la Luna es alrededor de 9 veces más grande que la órbita geoestacionaria. (En el archivo SVG, arrastre sobre una órbita o su etiqueta para destacarla; haga clic para cargar su artículo.)

Una órbita terrestre baja (LEO) es una órbita alrededor de la Tierra con un período de 128 minutos o menos (haciendo al menos 11,25 órbitas por día) y una excentricidad menor de 0,25. 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.

El término región LEO también se utiliza para el área del espacio por debajo de una altitud de 2000 km (1200 mi) (alrededor de un tercio del radio de la Tierra). Los objetos en órbitas que pasan por esta zona, incluso si tienen un apogeo más alejado o son suborbitales, se rastrean cuidadosamente ya que presentan un riesgo de colisión para muchos satélites LEO.

Todas las estaciones espaciales tripuladas hasta la fecha han estado dentro de LEO. De 1968 a 1972, las misiones lunares del programa Apolo enviaron humanos más allá de LEO. Desde el final del programa Apolo, ningún vuelo espacial humano ha estado más allá de LEO.

Características definitorias

Una amplia variedad de fuentes 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 órbitas circulares, la altitud sobre el suelo puede variar tanto como 30 km (19 mi) (especialmente para órbitas polares) debido a la forma achatada de la figura esferoide de la Tierra y la topografía local. Si bien las definiciones basadas en la altitud son inherentemente 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 8413 km (5228 mi).). Para órbitas circulares, esto a su vez corresponde a una altitud de 2042 km (1269 mi) por encima del radio medio de la Tierra, lo que es consistente con algunos de los límites de altitud superior en algunas definiciones de LEO.

Algunas fuentes definen la región LEO como una región en el espacio que ocupan las órbitas LEO. 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 más alta (o apogeo) supera los 2000 km (1200 mi). 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 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

La velocidad orbital media necesaria para mantener una órbita terrestre baja estable es de unos 7,8 km/s (4,8 mi/s), lo que se traduce en 28 000 km/h (17 000 mph). Sin embargo, esto depende de la altitud exacta de la órbita. Calculada para una órbita circular de 200 km (120 mi), la velocidad orbital es de 7,79 km/s (4,84 mi/s), pero para una órbita superior de 1500 km (930 mi), la velocidad se reduce a 7,12 km/s (4,42 mi). /s). El delta-v del vehículo de lanzamiento necesario para alcanzar la órbita terrestre baja comienza alrededor de los 9,4 km/s (5,8 mi/s).

La atracción 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 en caída libre permanente alrededor de la Tierra, porque en órbita tanto la fuerza gravitacional como la fuerza centrífuga se equilibran entre sí. Como resultado, las naves espaciales en órbita continúan en órbita, y las personas dentro o fuera de dichas naves experimentan continuamente la ingravidez.

Los objetos en LEO se encuentran con el arrastre atmosférico de los gases en la termosfera (aproximadamente 80-600 km sobre la superficie) o la exosfera (aproximadamente 600 km o 400 mi y más), según la altura de la órbita. Las órbitas de los satélites que alcanzan altitudes por debajo de los 300 km (190 mi) se deterioran rápidamente debido a la resistencia atmosférica. Los objetos en LEO orbitan la Tierra entre la parte más densa de la atmósfera y por debajo del cinturón interior de radiación de Van Allen.

Las órbitas terrestres bajas ecuatoriales (ELEO) son un subconjunto de LEO. Estas órbitas, con baja inclinación hacia el ecuador, permiten tiempos de revisión rápidos de lugares de baja latitud en la Tierra y tienen el requerimiento 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 u órbitas heliosincrónicas.

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 la órbita baja pueden provocar fallas prematuras de los componentes electrónicos debido a la intensa radiación y la acumulación de carga.

En 2017, "órbitas terrestres muy bajas" (VLEO) comenzó a verse en las presentaciones regulatorias. Estas órbitas, por debajo de los 450 km (280 mi), requieren el uso de tecnologías novedosas para elevar la órbita porque operan en órbitas que normalmente decaerían demasiado pronto para ser económicamente útiles.

Usar

Una órbita terrestre baja requiere la menor cantidad de energía para la colocación de satélites. Proporciona alto ancho de banda y 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 necesita amplificadores menos potentes para una transmisión exitosa, LEO se usa para muchas aplicaciones de comunicación, como el sistema telefónico Iridium. Algunos satélites de comunicación usan 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

A diferencia de los satélites geosíncronos, los satélites en LEO tienen un campo de visión pequeño y, por lo tanto, solo pueden observar y comunicarse con una fracción de la Tierra a la vez. Eso 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 un rápido decaimiento orbital y requieren un refuerzo periódico para mantener una órbita estable o lanzar satélites de reemplazo cuando los viejos vuelven a entrar.

Ejemplos

• La Estación Espacial Internacional está en un LEO de unos 400 km (250 mi) a 420 km (260 mi) sobre la superficie de la Tierra, y necesita reiniciar unas cuantas veces al año debido a la decadencia orbital.
• Los satélites de telecomunicaciones Iridium orbitan a unos 780 km (480 mi).
• Los satélites de observación de la Tierra, también conocidos como satélites de teleobservación, incluidos los satélites espías y otros satélites de imágenes de la Tierra, utilizan LEO como pueden ver más claramente la superficie de la Tierra al acercarse a ella. La mayoría de los satélites artificiales se colocan en LEO. Los satélites también pueden aprovechar la iluminación constante de la superficie de abajo a través de órbitas LEO sincrónicas solares a una altitud de unos 800 km (500 mi) y cerca de la inclinación polar. Envisat (2002–2012) es un ejemplo.
• El Telescopio Espacial Hubble orbita a unos 540 km (340 mi) sobre la Tierra.
• La estación espacial china Tiangong fue lanzada en abril de 2021 y actualmente orbita entre unos 340 kilómetros (210 mi) y 450 kilómetros (280 milla).

En ficción

• En la película 2001: A Space OdysseyLa estación de tránsito de la Tierra ("Space Station V") "orbitó 300 km sobre la Tierra".

Ex

• La estación china Tiangong-1 estaba en órbita a unos 355 kilómetros (221 millas), hasta su desorbitación en 2018.
• La estación china Tiangong-2 estaba en órbita a unos 370 km (230 millas), hasta su desorbitación en 2019.
• Misiones de gravimetría como GOCE orbitaron a unos 255 km (158 millas) para medir el campo de gravedad de la Tierra con mayor sensibilidad. La vida de la misión era limitada debido a la arrastre atmosférica. GRACE y GRACE-FO estaban orbitando a unos 500 km (310 mi).

Desechos espaciales

El entorno LEO se está congestionando con basura espacial 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 peligrosas o mortales. Las colisiones pueden producir desechos espaciales adicionales, creando un efecto dominó conocido como síndrome de Kessler. El Programa Orbital Debris, parte de la NASA, rastrea más de 25 000 objetos de más de 10 cm en LEO, el número estimado entre 1 y 10 cm de diámetro es de 500 000. La cantidad de partículas mayores de 1 mm supera los 100 millones. Las partículas viajan a velocidades de hasta 7,8 km/s (28 000 km/h; 17 500 mph), por lo que incluso el impacto de una partícula pequeña puede dañar gravemente una nave espacial.