A partir de la década de 1950 con los programas Sputnik, Vostok y Mercurio, los seres humanos comenzaron a "deslizarse por los lazos hoscos de la Tierra". Y durante un tiempo, todas nuestras misiones fueron lo que se conoce como órbita terrestre baja (LEO). Con el tiempo, con las misiones Apolo y las misiones del espacio profundo que involucran naves espaciales robóticas (como el Misiones Voyager), comenzamos a aventurarnos más allá, alcanzando la Luna y otros planetas del Sistema Solar.
Pero, en general, la gran mayoría de las misiones al espacio a lo largo de los años, ya sea con tripulación o sin tripulación, han estado en la órbita terrestre baja. Es aquí donde reside la amplia gama de satélites militares de comunicaciones, navegación y comunicaciones de la Tierra. Y es aquí donde la Estación Espacial Internacional (ISS) lleva a cabo sus operaciones, que también es donde la mayoría de las misiones tripuladas van hoy. Entonces, ¿qué es LEO y por qué estamos tan interesados en enviar cosas allí?
Definición:
Técnicamente, los objetos en órbita terrestre baja están a una altitud de entre 160 y 2,000 km (99 a 1200 mi) sobre la superficie de la Tierra. Cualquier objeto por debajo de esta altitud sufrirá una descomposición orbital y descenderá rápidamente a la atmósfera, ya sea quemándose o cayendo en la superficie. Los objetos a esta altitud también tienen un período orbital (es decir, el tiempo que les tomará orbitar la Tierra una vez) de entre 88 y 127 minutos.
Los objetos que se encuentran en una órbita terrestre baja están sujetos a la resistencia atmosférica, ya que todavía están dentro de las capas superiores de la atmósfera de la Tierra, específicamente la termosfera (80 - 500 km; 50 - 310 mi), allímopausa (500–1000 km; 310– 620 millas) y la exosfera (1000 km; 620 millas y más allá). Cuanto mayor sea la órbita del objeto, menor será la densidad atmosférica y el arrastre.
Sin embargo, más allá de 1000 km (620 millas), los objetos estarán sujetos a los cinturones de radiación Van Allen de la Tierra, una zona de partículas cargadas que se extiende a una distancia de 60,000 km de la superficie de la Tierra. En estos cinturones, el viento solar y los rayos cósmicos han quedado atrapados por el campo magnético de la Tierra, lo que lleva a niveles variables de radiación. Por eso las misiones a LEO apuntan a actitudes entre 160 a 1000 km (99 a 620 millas).
Características:
Dentro de la termosfera, la termopausa y la exosfera, las condiciones atmosféricas varían. Por ejemplo, la parte inferior de la termosfera (de 80 a 550 kilómetros; de 50 a 342 millas) contiene la ionosfera, que se llama así porque es aquí en la atmósfera donde las partículas son ionizadas por la radiación solar. Como resultado, cualquier nave espacial que orbita dentro de esta parte de la atmósfera debe ser capaz de soportar los niveles de radiación UV y de iones duros.
Las temperaturas en esta región también aumentan con la altura, lo que se debe a la densidad extremadamente baja de sus moléculas. Entonces, aunque las temperaturas en la termosfera pueden elevarse hasta 1500 ° C (2700 ° F), la separación de las moléculas de gas significa que no se sentiría caliente para un humano que estaba en contacto directo con el aire. También es a esta altitud que se producen los fenómenos conocidos como Aurora Borealis y Aurara Australis.
La exosfera, que es la capa más externa de la atmósfera de la Tierra, se extiende desde la exobase y se fusiona con el vacío del espacio exterior, donde no hay atmósfera. Esta capa está compuesta principalmente por densidades extremadamente bajas de hidrógeno, helio y varias moléculas más pesadas que incluyen nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono (que están más cerca de la exobase).
Para mantener una órbita terrestre baja, un objeto debe tener una velocidad orbital suficiente. Para objetos a una altitud de 150 km o más, se debe mantener una velocidad orbital de 7.8 km (4.84 mi) por segundo (28,130 km / h; 17,480 mph). Esto es ligeramente menor que la velocidad de escape necesaria para entrar en órbita, que es de 11.3 kilómetros (7 millas) por segundo (40,680 km / h; 25277 mph).
A pesar de que el tirón de la gravedad en LEO no es significativamente menor que en la superficie de la Tierra (aproximadamente el 90%), las personas y los objetos en órbita están en un estado constante de caída libre, lo que crea la sensación de ingravidez.
Usos de LEO:
En esta historia de exploración espacial, la gran mayoría de las misiones humanas han estado en la órbita terrestre baja. La Estación Espacial Internacional también orbita en LEO, entre una altitud de 320 y 380 km (200 y 240 millas). Y LEO es donde se implementan y mantienen la mayoría de los satélites artificiales. Las razones para esto son bastante simples.
Por un lado, el despliegue de cohetes y transbordadores espaciales a altitudes superiores a 1000 km (610 millas) requeriría significativamente más combustible. Y dentro de LEO, los satélites de comunicaciones y navegación, así como las misiones espaciales, experimentan un ancho de banda alto y un retraso de tiempo de comunicación bajo (también conocido como latencia).
Para la observación de la Tierra y los satélites espías, LEO todavía es lo suficientemente bajo como para observar bien la superficie de la Tierra y resolver objetos grandes y patrones climáticos en la superficie. La altitud también permite períodos orbitales rápidos (un poco más de una hora a dos horas de duración), lo que les permite poder ver la misma región en la superficie varias veces en un solo día.
Y, por supuesto, a altitudes entre 160 y 1000 km de la superficie de la Tierra, los objetos no están sujetos a la intensa radiación de los cinturones de Van Allen. En resumen, LEO es el lugar más simple, barato y seguro para el despliegue de satélites, estaciones espaciales y misiones espaciales tripuladas.
Problemas con los desechos espaciales:
Debido a su popularidad como destino de satélites y misiones espaciales, y con el aumento de los lanzamientos espaciales en las últimas décadas, LEO también está cada vez más congestionado con escombros espaciales. Esto toma la forma de etapas de cohetes desechados, satélites que no funcionan y escombros creados por colisiones entre grandes piezas de escombros.
La existencia de este campo de escombros en LEO ha generado una preocupación creciente en los últimos años, ya que las colisiones a altas velocidades pueden ser catastróficas para las misiones espaciales. Y con cada colisión, se crean escombros adicionales, creando un ciclo destructivo conocido como el efecto Kessler, que lleva el nombre del científico de la NASA Donald J. Kessler, quien lo propuso por primera vez en 1978.
En 2013, la NASA estimó que puede haber hasta 21,000 bits de basura de más de 10 cm, 500,000 partículas entre 1 y 10 cm, y más de 100 millones más pequeños que 1 cm. Como resultado, en las últimas décadas, se han tomado numerosas medidas para monitorear, prevenir y mitigar los desechos espaciales y las colisiones.
Por ejemplo, en 1995, la NASA se convirtió en la primera agencia espacial del mundo en emitir un conjunto de pautas integrales sobre cómo mitigar los desechos orbitales. En 1997, el gobierno de EE. UU. Respondió desarrollando las prácticas estándar de mitigación de desechos orbitales, basadas en las pautas de la NASA.
La NASA también estableció la Oficina del Programa de Desechos Orbitales, que coordina con otros departamentos federales para monitorear los desechos espaciales y lidiar con las interrupciones causadas por colisiones. Además, la Red de Vigilancia Espacial de EE. UU. Actualmente monitorea unos 8,000 objetos en órbita que se consideran riesgos de colisión, y proporciona un flujo continuo de datos de órbita a varias agencias.
La Oficina de Residuos Espaciales de la Agencia Espacial Europea (ESA) también mantiene la Base de Datos y el Sistema de Información de Caracterización de Objetos en el Espacio (DISCOS), que proporciona información sobre detalles de lanzamiento, historias orbitales, propiedades físicas y descripciones de misiones para todos los objetos que actualmente son rastreados por la ESA. Esta base de datos es reconocida internacionalmente y es utilizada por casi 40 agencias, organizaciones y empresas en todo el mundo.
Durante más de 70 años, Low-Earth Orbit ha sido el campo de juego de la capacidad espacial humana. En ocasiones, nos hemos aventurado más allá del patio de recreo y más lejos en el Sistema Solar (e incluso más allá). En las próximas décadas, se espera una mayor actividad en LEO, que incluye el despliegue de más satélites, cubesats, operaciones continuas a bordo de la EEI e incluso el turismo aeroespacial.
Huelga decir que este aumento en la actividad requerirá que hagamos algo con toda la basura que impregna los carriles espaciales. Con más agencias espaciales, compañías aeroespaciales privadas y otros participantes que buscan aprovechar LEO, será necesario realizar una limpieza seria. Y seguramente será necesario desarrollar algunos protocolos adicionales para asegurarse de que se mantengan limpios.
Hemos escrito muchos artículos interesantes sobre la órbita de la Tierra aquí en la revista Space. Aquí está ¿Cuál es la órbita de la Tierra ?, ¿Qué tan alto es el espacio ?, ¿Cuántos satélites hay en el espacio ?, Las luces del norte y del sur: ¿qué es una aurora? y ¿Qué es la estación espacial internacional?
Si desea obtener más información sobre la órbita terrestre baja, consulte los tipos de órbita en el sitio web de la Agencia Espacial Europea. Además, aquí hay un enlace al artículo de la NASA sobre la órbita terrestre baja.
También hemos grabado un episodio completo de Astronomy Cast sobre Cómo moverse por el sistema solar. Escuche aquí, Episodio 84: Desplazarse por el Sistema Solar.
Fuentes:
- NASA - ¿Qué es la órbita?
- ESA - Tipos de órbita
- Wikipedia - órbita terrestre baja
- Futuro espacial: cómo llegar a la órbita terrestre baja
