低地球軌道とは？

Send

1950年代にスプートニク、ボストーク、マーキュリーのプログラムが始まって、人間は「地球の果てしない絆」をすべり始めました。しばらくの間、私たちのすべてのミッションは低地球軌道（LEO）として知られているものでした。時が経つにつれ、アポロミッションとロボット宇宙船を含む深宇宙ミッション（ ボイジャーミッション）、私たちは月を超えて太陽系の他の惑星に到達し、それを超えて冒険を始めました。

しかし、概して、長年にわたる宇宙への任務の大部分（彼らが搭乗しているか搭乗していないかに関係なく）は、低地球軌道に向かっています。地球のさまざまな通信、航法、軍事衛星が存在するのはここです。そして、ここに国際宇宙ステーション（ISS）がその活動を行っています。これは、今日の乗組員のミッションの大部分が行く場所でもあります。では、LEOとは何なのか、そしてなぜそこに物を送ることに熱心なのでしょうか？

定義：

技術的には、低地球軌道にある物体は、地球の表面から160〜2,000 km（99〜1200 mi）の高度にあります。この高度を下回る物体は、軌道の崩壊に苦しみ、急速に大気中に降下し、燃え尽きるか表面に衝突します。この高度にあるオブジェクトの軌道周期（つまり、地球を1周するのにかかる時間）も88〜127分です。

低地球軌道にあるオブジェクトは、地球の大気の上層内にあるため、大気の抵抗を受けます。具体的には、熱圏（80〜500 km、50〜310 mi）、一時停止（500〜1000 km、310〜 620マイル）、および外気圏（1000 km、620マイル以上）。オブジェクトの軌道が高いほど、1大気の密度とドラッグが低くなります。

ただし、1000 km（620マイル）を超えると、オブジェクトは、地球の表面から60,000 kmの距離まで伸びる荷電粒子のゾーンである、地球のファンアレン放射ベルトの影響を受けます。これらの帯では、太陽風と宇宙線が地球の磁場に閉じ込められており、さまざまなレベルの放射線が発生しています。したがって、LEOへのミッションが160〜1000 km（99〜620 mi）の姿勢を目指す理由。

特徴：

熱圏、熱圏界面、外気圏では、大気の状態が異なります。たとえば、熱圏の下部（80から550キロメートル、50から342マイル）には電離層が含まれています。これは、粒子が太陽放射によって電離されるのは大気中であるため、このように呼ばれています。その結果、大気のこの部分内を周回する宇宙船は、UVおよびハードイオン放射のレベルに耐えることができなければなりません。

この領域の温度も高さとともに上昇します。これは、その分子の密度が非常に低いためです。したがって、熱圏の温度は1500°C（2700°F）にもなることがありますが、ガス分子の間隔は、空気と直接接触している人間には熱く感じられないことを意味します。また、この高度で、オーロラボレアリスとオーララオーストラリスとして知られている現象が発生することが知られています。

地球の大気の最外層である外圏は、エキソベースから伸びており、大気のない宇宙空間の空虚と融合しています。この層は主に、非常に低密度の水素、ヘリウム、および窒素、酸素、二酸化炭素（エキソベースに近い）を含むいくつかの重い分子で構成されています。

低地球軌道を維持するには、オブジェクトに十分な軌道速度が必要です。高度150 km以上のオブジェクトの場合、軌道速度は毎秒7.8 km（4.84 mi）（28,130 km / h; 17,480 mph）を維持する必要があります。これは、軌道に乗るのに必要な脱出速度である11.3キロメートル（7マイル）/秒（40,680 km / h; 25277 mph）よりもわずかに小さいです。

LEOの重力の引力は地球の表面よりも大幅に低い（約90％）という事実にもかかわらず、軌道に乗っている人や物体は一定の自由落下状態にあり、無重力感を生み出します。

LEOの使用：

この宇宙探査の歴史の中で、人間の使命の大部分は低地球軌道に向けられてきました。国際宇宙ステーションも、高度320〜380 km（200〜240 mi）でLEOを周回しています。そして、LEOは人工衛星の大部分が配備され維持される場所です。この理由は非常に単純です。

1つは、ロケットとスペースシャトルを1000 km（610マイル）を超える高度に配備するには、かなり多くの燃料が必要になるということです。また、LEO内では、通信および航法衛星、ならびに宇宙ミッションが、高帯域幅と低通信タイムラグ（別名、遅延）を経験します。

地球観測とスパイ衛星の場合、LEOはまだ十分に低く、地球の表面をよく見、表面の大きな物体と気象パターンを解決します。高度はまた、軌道の急速な期間（1時間強から2時間の長さ）を可能にします。これにより、同じ領域を1日のうちに複数回見ることができます。

そしてもちろん、地球の表面から160〜1000 kmの高度では、物体はファンアレンベルトの強い放射の影響を受けません。要するに、LEOは、衛星、宇宙ステーション、および宇宙飛行士の配置のための最も単純で、最も安く、最も安全な場所です。

スペースデブリの問題：

衛星や宇宙ミッションの目的地としての人気と、過去数十年にわたる宇宙打ち上げの増加に伴い、LEOはスペースデブリでますます混雑するようになっています。これは、廃棄されたロケットステージ、機能していない衛星、および大きな破片の衝突によって作成された破片の形をとります。

高速での衝突は宇宙ミッションにとって破滅的となる可能性があるため、LEOにこのデブリフィールドが存在することは、近年懸念の高まりにつながっています。そして、衝突のたびに追加の破片が作成され、ケスラー効果と呼ばれる破壊サイクルが作成されます。これは、1978年に最初に提案したNASAの科学者ドナルドJ.ケスラーにちなんで名付けられました。

NASAは2013年に、10 cmを超える21,000ビットものジャンクがあり、1〜10 cmの間に500,000個の粒子があり、1 cm未満の場合は1億個を超える可能性があると推定しています。その結果、最近の数十年で、宇宙の残骸や衝突を監視、防止、軽減するために多くの対策が講じられてきました。

たとえば、1995年に、NASAは軌道デブリを軽減する方法に関する一連の包括的なガイドラインを発行した世界で最初の宇宙機関となりました。 1997年に米国政府は、NASAのガイドラインに基づいて、軌道デブリの軽減基準の実践を展開することで対応しました。

NASAはまた、Orbital Debris Program Officeを設立しました。このオフィスは、他の連邦政府部門と連携して、スペースデブリを監視し、衝突による混乱に対処します。さらに、US Space Surveillance Networkは現在、衝突の危険と見なされている約8,000の周回オブジェクトを監視し、さまざまな機関に軌道データの継続的なフローを提供しています。

欧州宇宙機関（ESA）のスペースデブリオフィスは、宇宙空間にあるオブジェクトを特徴付けるデータベースおよび情報システム（DISCOS）も管理しています。これは、ESAによって現在追跡されているすべてのオブジェクトの打ち上げの詳細、軌道履歴、物理的特性、およびミッションの説明に関する情報を提供します。このデータベースは国際的に認知されており、世界中のほぼ40の機関、組織、企業で使用されています。

70年以上の間、低地球軌道は人間の宇宙能力の遊び場でした。時々、私たちは遊び場を越えて、さらに太陽系に（さらにはそれを超えて）冒険しました。今後数十年の間に、より多くの活動がLEOで行われることが予想されます。これには、より多くの衛星、キューブサット、ISSでの継続的な運用、さらには航空宇宙観光が含まれます。

言うまでもなく、この活動の増加には、スペースレーンに浸透するすべてのジャンクについて何かをする必要があります。より多くの宇宙機関、民間航空宇宙会社、およびその他の参加者がLEOの利用を検討しているため、いくつかの深刻なクリーンアップを行う必要があります。そして、いくつかの追加プロトコルは、確実にクリーンな状態を保つために開発する必要があります。

スペースマガジンでは、地球を周回することに関する興味深い記事を多数執筆しています。地球の軌道とは？、宇宙の高さは？、宇宙には衛星がいくつある？、オーロラとサザンライト–オーロラとは？そして、国際宇宙ステーションとは何ですか？

低地球軌道の詳細が必要な場合は、欧州宇宙機関のウェブサイトから軌道のタイプを確認してください。また、こちらは低地球軌道に関するNASAの記事へのリンクです。

また、太陽系の移動に関するすべてのAstronomy Castのエピソード全体を録音しました。ここで聞いてください、エピソード84：太陽系を回避する。

出典：