Що таке низька навколоземна орбіта і чому супутники не падають нам на голови

Простими словами низька навколоземна орбіта (ННО) є саме тим, чим вона і називається – низькою орбітою навколо нашої планети, яка пролягає на нижній межі діапазону можливих орбіт. Це приблизно 2000 кілометрів над Землею і навіть трохи нижче.

Не пропустіть Чи могли б люди дихати повітрям на Марсі і що відбудеться з астронавтом, який зніме скафандр

Більшість супутників перебувають саме на низькій орбіті, як і МКС. Щоб залишитися на цій орбіті, супутник повинен рухатися зі швидкістю близько 7,8 кілометра на секунду. При цьому йому потрібно приблизно 90 хвилин, щоб завершити оберт навколо планети.

Низька навколоземна орбіта / Фото ESA

Як працює орбіта

Орбіти можливі завдяки силі тяжіння – тій самій силі, яка утримує нас на поверхні планети. Подібно до того, як ми полетіли б у космос, якби не існувало гравітації, так і супутник відлетів би по дотичній.

Це відбувається у випадку космічного корабля, який подорожує на другій космічній швидкості – 11,2 км/с. При досягненні об'єктом такої швидкості він може покинути околиці Землі та стати супутником Сонця. Якщо ж об’єкт рухається набагато повільніше, наприклад суборбітальна ракета New Shepard Blue Origin, то він впаде на Землю так само впевнено, як і ви, коли підстрибуєте у повітря.

Орбітальна швидкість – 7,8 км/с – це швидкість, при якій сила тяжіння не дає об’єкту відлетіти по дотичній. В результаті об’єкт, що рухається з такою швидкістю, буде просто обертатися навколо Землі – стане її супутником. Це горизонтальна швидкість, паралельна поверхні планети. Коли супутник досягає орбітальної швидкості, він офіційно перебуває на орбіті.

Рух супутника орбітою / Фото ESA

Чому супутники виводять на низьку навколоземну орбіту

Орбітальна швидкість 7,8 км/с дозволяє вивести об'єкт на ННО прямо над атмосферою Землі. На більших висотах швидкість, необхідна для утримання супутника на орбіті, змінюється (зі збільшенням висоти необхідна швидкість падає).

Однак це не означає, що ракета повинна витрачати менше енергії, щоб вивести супутник на вищу орбіту. Це пояснюється тим, що потрібна величезна кількість енергії, щоб просто досягти такої висоти. Ці додаткові зусилля, спрямовані на підйом на більшу висоту, є однією з причин, чому більшість супутників розміщують на низькій орбіті. Іншими причинами є те, що, наприклад, супутники для стеження за поверхнею Землі можуть фотографувати її з більшою роздільною здатністю саме з найнижчої точки орбіти.

Однак є одна особлива висотна орбіта, для досягнення якої варто докласти додаткових зусиль, і це геосинхронна навколоземна орбіта (ГНО).

Цікаво Наскільки холодно у космосі: які процеси впливають на температуру Всесвіту

Для чого потрібна геосинхронна орбіта

Супутник на ННО робить близько 16 обертів щодня або за кожен повний оберт самої Землі. Однак ГНО знаходиться на висоті близько 36 000 кілометрів, після чого орбітальна швидкість сповільнюється, тому одна орбіта відповідає рівно одному оберту Землі навколо себе.

Це означає, що супутник на такій висоті фактично зависає над однією точкою на поверхні Землі (рухається синхронно з планетою), що робить його особливо корисним для супутникового телебачення та інших систем зв’язку.

Геосинхронна орбіта / Фото ESA

Орбіти супутників зазвичай мають траєкторію овального типу, яка називається еліпсом, довжина та ширина якого відомі як велика та мала осі.

Коли ці дві осі рівні за розміром, орбіта є ідеальним колом, що є лише окремим випадком еліпса. Більшість супутників мають майже кругові орбіти, але в деяких випадках еліпс може бути набагато більш витягнутим, з великою віссю набагато довшою за малу вісь.

Чому супутники не падають нам на голови

Насправді все зовсім навпаки – усі супутники на орбіті Землі і навіть Міжнародна космічна станція падають на нас, однак роблять вони це дуже і дуже повільно. Цьому сприяє сила тяжіння, яка притягує об'єкти до Землі. Гравітація тим сильніша, чим ближче об'єкт до Землі, і супутники, що обертаються навколо Землі, мають рухатися на дуже високих швидкостях, щоби залишатися на орбіті. Про це ми писали вище.

Водночас вони продовжують трохи сповільнюватися і фактично дуже-дуже повільно падають на поверхню планети. Саме тому періодично відбувається коригування орбіти деяких сателітів та МКС. Інші ж супутники з часом сходять з орбіти, входять у щільні шари атмосфери та згоряють там не досягаючи поверхні планети.

Читайте на сайті Сонячні язики: що таке викиди корональної маси Сонця, як вони утворюються і чому небезпечні

Інші типи орбіт

Окрім низької навколоземної та геостаціонарної орбіт є ще кілька траєкторій, на які виводять різноманітні космічні апарати в залежності від мети.

• Середня навколоземна орбіта (СНО) включає широкий діапазон орбіт між ННО і ГНО. Вона схожа на ННО тим, що їй також не потрібно проходити певні шляхи навколо Землі, і її використовують різні супутники, наприклад ті, які використовуються для навігаційних систем.
• Полярну орбіту (ПО)зазвичай використовують супутники, які подорожують повз Землю з півночі на південь, а не із заходу на схід, проходячи приблизно над полюсами Землі.
• Сонячно-синхронна орбіта (ССО) є особливим видом полярної орбіти. Супутники на ССО, подорожуючи над полярними областями, синхронні з Сонцем. Це означає, що вони синхронізовані, щоб завжди перебувати в одному "фіксованому" положенні відносно Сонця. Таким чином супутник завжди відвідує одне й те саме місце в один і той самий місцевий час, наприклад, пролітаючи повз конкретне місто щодня рівно опівдні.
• Трансферні орбіти – це особливий вид орбіт, який використовується для переходу з однієї орбіти на іншу. Коли супутники запускаються із Землі та переносяться в космос за допомогою ракет-носіїв, супутники не завжди розміщуються безпосередньо на своїй кінцевій орбіті. Натомість сателіти часто розміщуються на перехідній орбіті: орбіті, на якій, використовуючи порівняно невелику кількість енергії від вбудованих двигунів, супутник або космічний корабель можуть переходити з однієї орбіти на іншу.

Існують також точки Лагранжа (L-точки), які є орбітами, що знаходяться набагато далі (понад мільйон кілометрів) від нашої планети і не обертаються навколо Землі безпосередньо. Це певні точки далеко в космосі, де гравітаційні поля Землі та Сонця поєднуються таким чином, що космічні кораблі, які обертаються навколо них, залишаються стабільними і, таким чином, можуть бути "закріплені" відносно Землі. У одній з таких точок, наприклад, зараз перебуває найпотужніший в історії людства космічний телескоп James Webb.