Órbita terrestre baja

Una órbita terrestre baja ( LEO ) es una órbita alrededor de la Tierra con un período de 128 minutos o menos (lo que hace al menos 11,25 órbitas por día) y una excentricidad menor a 0,25. ^[1] La mayoría de los objetos artificiales en el espacio exterior están en LEO, alcanzando un máximo en número a una altitud de alrededor de 800 km (500 mi), ^[2] mientras que los más lejanos en LEO, antes de la órbita terrestre media (MEO), tienen una altitud de más de aproximadamente un tercio del radio de la Tierra (o aproximadamente 2000 kilómetros), ^[3] aproximadamente al comienzo del cinturón de radiación de Van Allen interior .

El término región LEO también se utiliza para el área del espacio por debajo de una altitud de 2.000 km (1.200 mi) (aproximadamente un tercio del radio de la Tierra). ^[4] Los objetos en órbitas que pasan por esta zona, incluso si tienen un apogeo más alejado o son suborbitales , son rastreados cuidadosamente ya que presentan un riesgo de colisión para los numerosos satélites LEO.

Aparte de las misiones lunares del programa Apolo (1968-1972) y la misión Polaris Dawn de 2024, no se han realizado vuelos espaciales tripulados fuera de la órbita terrestre baja. Hasta la fecha, todas las estaciones espaciales han operado en órbita geocéntrica dentro de la órbita terrestre baja.

Una amplia variedad de fuentes ^{[5] [6] [7]} definen LEO en términos de altitud . La altitud de un objeto en una órbita elíptica puede variar significativamente a lo largo de la órbita. Incluso para órbitas circulares , la altitud sobre el suelo puede variar hasta en 30 km (19 mi) (especialmente para órbitas polares ) debido a la achatación de la figura esferoide de la Tierra y la topografía local . Si bien las definiciones basadas en la altitud son inherentemente ambiguas, la mayoría de ellas caen dentro del rango especificado por un período de órbita de 128 minutos porque, según la tercera ley de Kepler , esto corresponde a un semieje mayor de 8,413 km (5,228 mi). Para órbitas circulares, esto a su vez corresponde a una altitud de 2,042 km (1,269 mi) sobre el radio medio de la Tierra, lo que es consistente con algunos de los límites de altitud superiores en algunas definiciones de LEO.

La región LEO se define por algunas fuentes como una región en el espacio que ocupan las órbitas LEO. ^{[4] [8] [9]} Algunas órbitas altamente elípticas pueden pasar a través de la región LEO cerca de su altitud más baja (o perigeo ) pero no están en una órbita LEO porque su altitud más alta (o apogeo ) excede los 2000 km (1243 mi). Los objetos suborbitales también pueden alcanzar la región LEO pero no están en una órbita LEO porque reentran en la atmósfera . La distinción entre las órbitas LEO y la región LEO es especialmente importante para el análisis de posibles colisiones entre objetos que pueden no estar en LEO pero podrían colisionar con satélites o escombros en órbitas LEO.

La velocidad orbital media necesaria para mantener una órbita terrestre baja estable es de unos 7,8 km/s (4,8 mi/s), lo que se traduce en 28.000 km/h (17.000 mph). Sin embargo, esto depende de la altitud exacta de la órbita. Calculada para una órbita circular de 200 km (120 mi), la velocidad orbital es de 7,79 km/s (4,84 mi/s), pero para una órbita más alta de 1.500 km (930 mi) la velocidad se reduce a 7,12 km/s (4,42 mi/s). ^{[10] El} delta-v del vehículo de lanzamiento necesario para alcanzar la órbita terrestre baja comienza alrededor de los 9,4 km/s (5,8 mi/s).

La fuerza de gravedad en órbita terrestre baja es apenas menor que en la superficie de la Tierra. Esto se debe a que la distancia entre la órbita terrestre baja y la superficie de la Tierra es mucho menor que el radio de la Tierra. Sin embargo, un objeto en órbita está en caída libre permanente alrededor de la Tierra, porque en órbita la fuerza gravitatoria y la fuerza centrífuga se equilibran entre sí. ^[a] Como resultado, las naves espaciales en órbita continúan en órbita y las personas dentro o fuera de dichas naves experimentan continuamente ingravidez .

Los objetos en órbita baja experimentan un arrastre atmosférico debido a los gases de la termosfera (aproximadamente entre 80 y 600 km por encima de la superficie) o la exosfera (aproximadamente a 600 km o 400 mi y más), dependiendo de la altura de la órbita. Las órbitas de los satélites que alcanzan altitudes inferiores a 300 km (190 mi) se desintegran rápidamente debido al arrastre atmosférico. Los objetos en órbita baja orbitan la Tierra entre la parte más densa de la atmósfera y por debajo del cinturón de radiación de Van Allen interior .

Las órbitas ecuatoriales bajas ( ELEO ) son un subconjunto de las órbitas bajas terrestres. Estas órbitas, con una inclinación baja respecto del ecuador, permiten tiempos de revisita rápidos sobre lugares de baja latitud en la Tierra. Las órbitas bajas terrestres ecuatoriales progradas también tienen requisitos de lanzamiento delta-v más bajos porque aprovechan la rotación de la Tierra. Otras órbitas bajas terrestres útiles, incluidas las órbitas polares y las órbitas heliosincrónicas, tienen una inclinación mayor respecto del ecuador y brindan cobertura para latitudes más altas en la Tierra. Algunos de los satélites Starlink de primera generación usaban órbitas polares que brindan cobertura en todas partes de la Tierra. Las constelaciones Starlink posteriores orbitan con una inclinación menor y brindan más cobertura para áreas pobladas.

Las órbitas superiores incluyen la órbita terrestre media (MEO), a veces llamada órbita circular intermedia (ICO), y, más arriba, la órbita geoestacionaria (GEO). Las órbitas superiores a la órbita baja pueden provocar fallos prematuros de los componentes electrónicos debido a la intensa radiación y la acumulación de carga.

En 2017, las " órbitas terrestres muy bajas " ( VLEO , por sus siglas en inglés) comenzaron a aparecer en los documentos regulatorios . Estas órbitas, por debajo de los 450 km (280 mi), requieren el uso de tecnologías novedosas para elevar la órbita porque operan en órbitas que normalmente se desintegrarían demasiado pronto para ser económicamente útiles. ^{[11] [12]}

Una órbita terrestre baja requiere la menor cantidad de energía para la colocación de satélites. Proporciona un gran ancho de banda y una baja latencia de comunicación . Los satélites y las estaciones espaciales en órbita terrestre baja son más accesibles para la tripulación y el mantenimiento.

Dado que se necesita menos energía para colocar un satélite en una órbita baja terrestre, y que un satélite necesita amplificadores menos potentes para transmitir con éxito, la órbita baja terrestre se utiliza para muchas aplicaciones de comunicación, como el sistema telefónico Iridium . Algunos satélites de comunicación utilizan órbitas geoestacionarias mucho más altas y se mueven a la misma velocidad angular que la Tierra, de modo que parecen estacionarios sobre una ubicación del planeta.

A diferencia de los satélites geoestacionarios , los satélites en órbita baja tienen un campo de visión pequeño y solo pueden observar y comunicarse con una fracción de la Tierra en un momento dado. Esto significa que se requiere una gran red (o constelación ) de satélites para proporcionar una cobertura continua.

Los satélites que se encuentran a menor altitud en órbita se encuentran en la atmósfera y sufren una rápida descomposición orbital , por lo que es necesario impulsarlos periódicamente para mantener órbitas estables o lanzar otros satélites que los reemplacen cuando vuelven a entrar en la atmósfera. Los efectos de añadir tales cantidades de metales vaporizados a la estratosfera de la Tierra son potencialmente preocupantes, pero actualmente se desconocen. ^[13]

• La Estación Espacial Internacional se encuentra en LEO a unos 400 a 420 kilómetros (250 a 260 millas) sobre la superficie de la Tierra. ^[14] La órbita de la estación decae unos 2 km/mes (1,2 millas/mes) y, en consecuencia, necesita ser impulsada nuevamente unas cuantas veces al año.
• Los satélites de telecomunicaciones Iridium orbitan a unos 780 km (480 mi).
• Los satélites de observación de la Tierra , también conocidos como satélites de teledetección , incluidos los satélites espía y otros satélites de imágenes de la Tierra , utilizan la órbita terrestre baja, ya que pueden ver la superficie de la Tierra con mayor claridad al estar más cerca de ella. La mayoría de los satélites artificiales se colocan en órbitas terrestres bajas. ^[15] Los satélites también pueden aprovechar la iluminación constante de la superficie de abajo a través de órbitas LEO sincrónicas con el Sol a una altitud de aproximadamente 800 km (500 mi) y una inclinación casi polar. Envisat (2002-2012) es un ejemplo.
• El telescopio espacial Hubble orbita a unos 540 kilómetros (340 millas) sobre la Tierra.
• Constelaciones de Internet por satélite como Starlink .
• La estación espacial china Tiangong se lanzó en abril de 2021 y actualmente orbita entre 340 y 450 kilómetros (210 y 280 millas) sobre la superficie de la Tierra.
• La misión de gravimetría GRACE-FO orbita a unos 500 km (310 mi) al igual que su predecesora, GRACE .

• GOCE (2009-2013), una misión de gravimetría de la ESA , orbitó a unos 255 km (158 millas).

• Satélite de prueba de altitud superbaja (2017-2019), apodado Tsubame , orbitó a 167,4 km (104,0 mi), la altitud más baja jamás alcanzada entre los satélites de observación de la Tierra. ^[16]

• En la película 2001: Una odisea del espacio , la estación de tránsito de la Tierra ("Estación Espacial V") "orbitaba a 300 km sobre la Tierra". ^[17]

En esta sección falta información sobre la vida útil de los desechos. Amplíe la sección para incluir esta información. Es posible que existan más detalles en la página de discusión . ( Agosto de 2023 )

El entorno LEO se está congestionando con desechos espaciales debido a la frecuencia de lanzamientos de objetos. ^[18] Esto ha causado una creciente preocupación en los últimos años, ya que las colisiones a velocidades orbitales pueden ser peligrosas o mortales. Las colisiones pueden producir desechos espaciales adicionales, creando un efecto dominó conocido como síndrome de Kessler . El Programa de Desechos Orbitales de la NASA rastrea más de 25.000 objetos de más de 10 cm de diámetro en LEO, mientras que el número estimado entre 1 y 10 cm es de 500.000, y el número de partículas mayores de 1 mm supera los 100 millones. ^[19] Las partículas viajan a velocidades de hasta 7,8 km/s (28.000 km/h; 17.500 mph), por lo que incluso un pequeño impacto puede dañar gravemente una nave espacial. ^[20]

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