O QUE é óRBITA BAIXA DA TERRA?

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A partir da década de 1950, com os programas Sputnik, Vostok e Mercury, os seres humanos começaram a "deslizar os laços intratáveis da Terra". E por um tempo, todas as nossas missões foram conhecidas como Órbita da Terra Baixa (LEO). Com o tempo, com as missões Apollo e missões espaciais envolvendo naves espaciais robóticas (como a Missões Voyager), começamos a nos aventurar além, alcançando a Lua e outros planetas do Sistema Solar.

Mas, em geral, a grande maioria das missões no espaço ao longo dos anos - sejam elas tripuladas ou desaparafusadas - foram para a Órbita da Terra Baixa. É aqui que reside o vasto leque de comunicações, navegação e satélites militares da Terra. E é aqui que a Estação Espacial Internacional (ISS) conduz suas operações, que também é o local para onde a maioria das missões tripuladas vai hoje. Então, o que é o LEO e por que estamos tão preocupados em enviar coisas para lá?

Definição:

Tecnicamente, os objetos em órbita baixa da Terra estão a uma altitude entre 160 a 2.000 km (99 a 1200 milhas) acima da superfície da Terra. Qualquer objeto abaixo desta altitude sofrerá deterioração orbital e descerá rapidamente para a atmosfera, queimando ou colidindo com a superfície. Os objetos nessa altitude também têm um período orbital (ou seja, o tempo que eles levarão para orbitar a Terra uma vez) entre 88 e 127 minutos.

Objetos que estão em uma órbita baixa da Terra estão sujeitos a arrasto atmosférico, pois ainda estão dentro das camadas superiores da atmosfera da Terra - especificamente a termosfera (80 - 500 km; 50 - 310 mi), a termopausa (500 - 1.000 km; 310 - 620 mi) e a exosfera (1000 km; 620 mi e além). Quanto maior a órbita do objeto, menor a densidade atmosférica e o arrasto.

No entanto, além de 1000 km (620 milhas), os objetos estarão sujeitos às correias de radiação Van Allen da Terra - uma zona de partículas carregadas que se estende a uma distância de 60.000 km da superfície da Terra. Nesses cinturões, o vento solar e os raios cósmicos foram presos pelo campo magnético da Terra, levando a níveis variados de radiação. Por isso, as missões na LEO visam atitudes entre 160 a 1000 km (99 a 620 milhas).

Características:

Dentro da termosfera, termopausa e exosfera, as condições atmosféricas variam. Por exemplo, a parte inferior da termosfera (de 80 a 550 quilômetros; 50 a 342 mi) contém a ionosfera, assim denominada porque é aqui na atmosfera que as partículas são ionizadas pela radiação solar. Como resultado, qualquer espaçonave que orbita nesta parte da atmosfera deve ser capaz de suportar os níveis de radiação UV e de íons duros.

As temperaturas nessa região também aumentam com a altura, devido à densidade extremamente baixa de suas moléculas. Portanto, embora as temperaturas na termosfera possam subir até 1500 ° C (2700 ° F), o espaçamento das moléculas de gás significa que não sentiria calor para um humano que estivesse em contato direto com o ar. É também nessa altitude que os fenômenos conhecidos como Aurora Boreal e Aurara Australis são conhecidos.

A exosfera, que é a camada mais externa da atmosfera da Terra, se estende da exobase e se funde com o vazio do espaço sideral, onde não há atmosfera. Essa camada é composta principalmente por densidades extremamente baixas de hidrogênio, hélio e várias moléculas mais pesadas, incluindo nitrogênio, oxigênio e dióxido de carbono (que estão mais próximos da exobase).

Para manter uma Órbita de Terra Baixa, um objeto deve ter uma velocidade orbital suficiente. Para objetos a uma altitude de 150 km ou mais, deve ser mantida uma velocidade orbital de 7,8 km (4,84 milhas) por segundo (28.130 km / h; 17.480 mph). Isso é um pouco menor que a velocidade de escape necessária para entrar em órbita, que é de 11,3 quilômetros (7 milhas) por segundo (40.680 km / h; 25277 mph).

Apesar do fato de a força da gravidade no LEO não ser significativamente menor do que na superfície da Terra (aproximadamente 90%), pessoas e objetos em órbita estão em constante estado de queda livre, o que cria a sensação de ausência de peso.

Usos do LEO:

Nesta história de exploração espacial, a grande maioria das missões humanas foram realizadas na órbita baixa da terra. A Estação Espacial Internacional também orbita em LEO, entre uma altitude de 320 e 380 km (200 e 240 milhas). E o LEO é onde a maioria dos satélites artificiais é implantada e mantida. As razões para isso são bastante simples.

Por um lado, a implantação de foguetes e ônibus espaciais em altitudes acima de 1000 km (610 milhas) exigiria significativamente mais combustível. E no LEO, os satélites de comunicação e navegação, bem como as missões espaciais, experimentam alta largura de banda e baixo atraso de comunicação (também conhecido como latência).

Para observação da Terra e satélites espiões, o LEO ainda é baixo o suficiente para dar uma boa olhada na superfície da Terra e resolver objetos grandes e padrões climáticos na superfície. A altitude também permite períodos orbitais rápidos (de pouco mais de uma hora a duas horas), o que lhes permite ver a mesma região na superfície várias vezes em um único dia.

E, é claro, em altitudes entre 160 e 1000 km da superfície da Terra, os objetos não estão sujeitos à intensa radiação dos cintos de Van Allen. Em suma, o LEO é o local mais simples, mais barato e mais seguro para a implantação de satélites, estações espaciais e missões espaciais tripuladas.

Problemas com detritos espaciais:

Devido à sua popularidade como destino para satélites e missões espaciais, e com o aumento do lançamento espacial nas últimas décadas, a LEO também está se tornando cada vez mais congestionada com detritos espaciais. Isso assume a forma de estágios de foguetes descartados, satélites que não funcionam e detritos criados por colisões entre grandes pedaços de detritos.

A existência desse campo de detritos na LEO tem gerado crescente preocupação nos últimos anos, uma vez que colisões em alta velocidade podem ser catastróficas para missões espaciais. E a cada colisão, detritos adicionais são criados, criando um ciclo destrutivo conhecido como Efeito Kessler - que recebeu o nome do cientista da NASA Donald J. Kessler, que o propôs pela primeira vez em 1978.

Em 2013, a NASA estimou que pode haver até 21.000 bits de lixo maior que 10 cm, 500.000 partículas entre 1 e 10 cm e mais de 100 milhões menores que 1 cm. Como resultado, nas últimas décadas, várias medidas foram tomadas para monitorar, prevenir e mitigar detritos e colisões espaciais.

Por exemplo, em 1995, a NASA se tornou a primeira agência espacial do mundo a emitir um conjunto de diretrizes abrangentes sobre como mitigar detritos orbitais. Em 1997, o governo dos EUA respondeu desenvolvendo as práticas padrão de mitigação de detritos orbitais, com base nas diretrizes da NASA.

A NASA também estabeleceu o Escritório do Programa Orbital Debris, que coordena com outros departamentos federais para monitorar os detritos espaciais e lidar com as interrupções causadas por colisões. Além disso, a Rede de Vigilância Espacial dos EUA atualmente monitora cerca de 8.000 objetos em órbita que são considerados perigos de colisão e fornece um fluxo contínuo de dados de órbita para várias agências.

O Escritório de Detritos Espaciais da Agência Espacial Européia (ESA) também mantém o DISCOS, que fornece informações sobre detalhes do lançamento, históricos orbitais, propriedades físicas e descrições de missão de todos os objetos atualmente rastreados pela ESA. Esse banco de dados é reconhecido internacionalmente e é usado por quase 40 agências, organizações e empresas em todo o mundo.

Por mais de 70 anos, a Low-Earth Orbit tem sido o playground da capacidade do espaço humano. Ocasionalmente, nos aventuramos além do playground e mais além, no Sistema Solar (e até mesmo além). Nas próximas décadas, espera-se muito mais atividade no LEO, que inclui a implantação de mais satélites, cubesats, operações contínuas a bordo da ISS e até turismo aeroespacial.

Desnecessário dizer que esse aumento de atividade exigirá que façamos algo sobre todo o lixo que permeia as pistas espaciais. Com mais agências espaciais, empresas aeroespaciais privadas e outros participantes que desejam tirar proveito do LEO, será necessário realizar uma limpeza séria. E alguns protocolos adicionais certamente precisarão ser desenvolvidos para garantir que eles permaneçam limpos.

Escrevemos muitos artigos interessantes sobre a órbita da Terra aqui na Space Magazine. Aqui está o que é a órbita da Terra ?, Qual a altura do espaço ?, Quantos satélites estão no espaço ?, As luzes do norte e do sul - O que é uma Aurora? e O que é a Estação Espacial Internacional?

Se você quiser obter mais informações sobre órbita baixa da Terra, confira os tipos de órbita no site da Agência Espacial Europeia. Além disso, aqui está um link para o artigo da NASA sobre a órbita baixa da terra.

Também gravamos um episódio inteiro do Astronomy Cast, sobre como se locomover no sistema solar. Ouça aqui, episódio 84: Como se locomover no sistema solar.

Fontes: