4 października 1957 roku Związek Radziecki wystrzelił Sputnika 1, który wzniósł się ponad atmosferę ziemską i wszedł na orbitę wokół naszej planety, okrążając go co 90 minut. W Warunkach ekstremalnie niskiego zanieczyszczenia światłem, które istniały na większości świata w tamtych czasach, był to jedyny obiekt tego typu: sztuczny, stworzony przez człowieka Satelita. Nieoficjalnie oznaczało to początek wyścigu kosmicznego, militarnego i politycznego przedsięwzięcia, które pochłonęłoby międzynarodową politykę przez kolejne dziesięciolecia.

ale sam Sputnik nie jest już na orbicie okołoziemskiej. W rzeczywistości był tak krótkotrwały, że z czasem Stany Zjednoczone z powodzeniem wystrzeliły Explorera 1, pierwszego amerykańskiego satelitę w kosmosie, Sputnika 2, niosącego pierwsze zwierzę w kosmosie, już od miesięcy orbitował wokół Ziemi. Ale pierwotny Sputnik, po ponad 1400 orbitach, spadł już z powrotem na Ziemię.

to co stało się ze Sputnikiem nie było niczym niezwykłym. Tak właśnie dzieje się z większością satelitów, jeśli wyniesiesz je na niską orbitę okołoziemską i zostawisz tam, żeby same sobie poradziły. Z każdą orbitą, która mija, satelita będzie huśtał się w apogeum, gdzie osiągnie maksymalną odległość od powierzchni Ziemi, a następnie perygeum, gdzie będzie najbliżej Ziemi. W przypadku niskiej orbity okołoziemskiej oznacza to, że satelity znajdują się kilkaset kilometrów nad powierzchnią ziemi, nawet najbliżej siebie. Biorąc pod uwagę, że wyznaczamy granicę między ziemską atmosferą a przestrzenią kosmiczną na wysokości zaledwie 100 kilometrów (62 mil), wydaje się, przynajmniej powierzchownie, że satelity te będą trwale i wiecznie w przestrzeni kosmicznej.

ale w rzeczywistości sytuacja jest znacznie bardziej skomplikowana. Atmosfera nie ma nagłego końca ani krawędzi. Tak nie działa Gaz, jeśli składa się z prawdziwych cząstek. Gdy dojdziecie na wyższe wysokości, gęstość cząstek będzie nadal spadać, ale różne cząstki, które są ogrzewane przez zderzenia, będą poruszać się z różnymi prędkościami: niektóre szybciej, niektóre wolniej, ale z dobrze zdefiniowaną średnią prędkością.

im wyżej podchodzisz, tym bardziej prawdopodobne jest, że znajdziesz cząstki, które są bardziej energiczne, ponieważ potrzeba więcej energii, aby osiągnąć te ekstremalne wysokości. Ale nawet jeśli gęstość jest bardzo niska na bardzo dużych wysokościach, nigdy nie spada do zera.

znaleźliśmy atomy i cząsteczki, które pozostają grawitacyjnie związane z ziemią na wysokościach do 10 000 km. Jedynym powodem, dla którego nie przekroczyliśmy tego punktu, jest to, że po 10 000 km ziemska atmosfera jest nie do odróżnienia od wiatru słonecznego. oba składają się z delikatnych, gorących atomów i zjonizowanych cząstek.

przytłaczająca większość naszej atmosfery (masowo) jest zawarta w najniższych warstwach, z troposferą zawierającą 75% ziemskiego atmopshere, stratosferą zawierającą kolejne 20%, a mezosferą zawierającą prawie wszystkie pozostałe 5%. Ale następna warstwa, termosfera, jest niesamowicie rozproszona.

podczas gdy cząstka atmosferyczna na poziomie morza przemierzy mikroskopijną odległość przed zderzeniem z inną cząsteczką, termosfera jest tak rozproszona, że typowy atom lub cząsteczka może podróżować przez kilometr lub więcej przed zderzeniem.

w termosferze wydaje się być pustą przestrzenią, jeśli jesteś tylko małym atomem lub cząsteczką. Po tym wszystkim, wstałeś z ziemskiej atmosfery, pozostałeś w tej otchłani o niskiej gęstości, będąc na szczycie swojej parabolicznej orbity, i powoli, w końcu, spadasz z powrotem do swojej rodzimej planety pod wpływem siły jej grawitacji.

ale jeśli jesteś statkiem kosmicznym, doświadczasz czegoś zupełnie innego. Powody są następujące:

1. nie tylko wznosisz się z ziemi, ale orbitujesz wokół niej, co oznacza, że poruszasz się w innym kierunku niż słabe cząstki atmosfery.
2. ponieważ jesteś na stabilnej orbicie, musisz poruszać się szybko: około 7 km/s (5 mil na sekundę), aby pozostać w przestrzeni.
3. i nie jesteś już tylko wielkości atomu czy cząsteczki, ale raczej wielkości statku kosmicznego.

wszystkie te trzy rzeczy, łącznie, prowadzą do katastrofy każdego orbitującego satelity.

taka katastrofa jest nieunikniona z powodu przeciągnięcia satelity, który jest sposobem na oszacowanie, ile prędkości Satelita traci w czasie z powodu cząstek atmosferycznych, na które wpada przy dużych prędkościach względnych. Każdy satelita na niskiej orbicie okołoziemskiej będzie miał żywotność od kilku miesięcy do kilku dekad, ale nie dłużej. Możesz walczyć z tym, udając się na wyższe wysokości, ale nawet to nie uratuje Cię na zawsze.

za każdym razem, gdy występuje aktywność na słońcu, jak plamy słoneczne, rozbłyski słoneczne, koronalne wyrzuty masy lub inne zdarzenia podobne do wybuchu, Atmosfera Ziemi nagrzewa się. Cieplejsze cząstki oznaczają wyższe prędkości, a wyższe prędkości będą unosić się na coraz wyższe wysokości, zwiększając gęstość atmosfery nawet w przestrzeni. Kiedy to nastąpi, nawet satelity, które były praktycznie wolne od przeciągania zaczynają spadać z powrotem w kierunku Ziemi. Burze magnetyczne mogą również zwiększać gęstość powietrza na bardzo dużych wysokościach.

i ten proces jest kumulacyjny, w tym sensie, że gdy Satelita doświadcza przeciągnięcia, jego perygeum spada na coraz niższe wysokości. Teraz, na tych niższych wysokościach, siła oporu jest jeszcze większa, co powoduje utratę energii kinetycznej, która utrzymuje Cię na orbicie jeszcze szybciej. Ostateczna spirala śmierci może zająć tysiące, dziesiątki tysięcy, a nawet setki tysięcy Orbit, ale przy zaledwie 90 minutach na orbitę, oznacza to, że jakikolwiek Satelita o niskiej orbicie ziemskiej żyje co najwyżej dekady.

ten problem z powrotem na ziemię nie był tylko problemem wczesnych satelitów lat 50., ale pozostaje problemem dla prawie wszystkich satelitów, które kiedykolwiek wystrzeliliśmy. 95% wszystkich satelitów wykonanych przez człowieka znajduje się na niskiej orbicie okołoziemskiej, w tym Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i Kosmicznego Teleskopu Hubble ’ a. Gdybyśmy okresowo nie zwiększali tych statków kosmicznych, wiele z nich już by się rozbiło na Ziemi.

zarówno Hubble, jak i ISS mieliby mniej niż 10 lat na swoich obecnych orbitach, jeśli pozwolilibyśmy im umrzeć. Kiedy robią to duże satelity, dokonują tego, co nazywamy niekontrolowanym ponownym wejściem. Najlepiej, żeby spłonęły w atmosferze lub wpadły do oceanu, ale jeśli się rozpadną i / lub trafią na ląd, mogą spowodować katastrofę. Może to obejmować uszkodzenia mienia lub utratę życia, w zależności od lokalizacji i wielkości uderzenia gruzu.

Hubble nie musi jednak cierpieć tego losu pod koniec swojego życia. Podobnie jak Michael Massimino, jeden z astronautów, który ostatni raz obsługiwał Hubble ’ a na pokładzie promu kosmicznego w 2009 roku, Opis:

jego orbita ulegnie rozpadowi. Teleskop będzie w porządku, ale jego orbita będzie zbliżać go coraz bliżej Ziemi. To koniec gry.podczas ostatniej misji serwisowej Hubble ’ a zainstalowano mechanizm dokujący na teleskopie: System Soft Capture and Rendezvous. Każda odpowiednio wyposażona rakieta mogłaby bezpiecznie zabrać ją do domu.

ponowne wejście w atmosferę satelity, takiego jak pokazany tutaj Satelita ATV-1, może nastąpić… w sposób kontrolowany, gdzie rozpadnie się i / lub bezpiecznie wyląduje w oceanie, lub w sposób niekontrolowany, co może okazać się katastrofalne zarówno dla ludzkiego życia, jak i mienia.

NASA

ale dla ponad 25 000 innych satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej nie ma kontrolowanego ponownego wejścia. Ziemska atmosfera zabierze je w dół, rozciągając się daleko poza Sztuczną krawędź przestrzeni, czyli linię Kármána, którą zazwyczaj rysujemy. Gdybyśmy dziś zaprzestali wysyłania satelitów, to za niecałe sto lat nie byłoby śladu obecności ludzkości na niskiej orbicie okołoziemskiej.

Sputnik 1 został wystrzelony w 1957 roku, a zaledwie trzy miesiące później spontanicznie zdezerterował i spadł z powrotem na Ziemię. Cząstki z naszej atmosfery wznoszą się znacznie ponad każdą Sztuczną linię, którą narysowaliśmy, wpływając na wszystkie nasze satelity orbitujące wokół Ziemi. Im dalej jest twoje perygeum, tym dłużej możesz tam pozostać, ale tym trudniej jest wysyłać i odbierać sygnały stąd na powierzchni. Dopóki nie będziemy mieli technologii bez paliwa, aby pasywnie zwiększyć nasze satelity, aby utrzymać je na bardziej stabilnej orbicie, Atmosfera Ziemi będzie nadal najbardziej niszczycielską siłą dla obecności ludzkości w kosmosie.