Órbita terrestre baja

Varias órbitas terrestres a escala; elcolor cianrepresenta órbitas terrestres bajas.

Unaórbita terrestre baja,OTBoLEO(acrónimo delinglésLow Earth Orbit), es unaórbitaalrededor de laTierraentre la atmósfera y elcinturón de radiación de Van Allen,con un ángulo bajo deinclinación.

Posee un período inferior a 128 minutos (por lo que un cuerpo en dicha órbita por lo menos da unas 11.25 vueltas a la Tierra por día) y una excentricidad inferior a 0.25.​ La mayoría de los objetos en elespacio exteriorse encuentran en OTB, a una altitud que nunca excede de aproximadamente un tercio del radio terrestre.​ Estos límites no están rígidamente definidos, pero están típicamente entre150- 2000 kmsobre la superficie de la Tierra. Esto es generalmente menos que laórbita circular intermediay lejos de laórbita geoestacionaria.Las órbitas más bajas que ésta no son estables y decaen rápidamente debido al rozamiento con laatmósfera.Las órbitas más altas están sujetas a averías electrónicas rápidamente debido a la radiación intensa y a la acumulación de carga eléctrica. Las órbitas de ángulo de inclinación más alto se llamanórbitas polares.

Los objetos en la órbita terrestre baja se encuentran con gases en latermosfera(aproximadamente80-500 kmhacia arriba) oexosfera(aproximadamente desde 500kmhacia arriba), dependiendo de la altura de la órbita.

La mayoría de losvuelos espaciales tripuladoshan sido en órbita terrestre baja, incluyendo todas laslanzaderas espaciales estadounidensesy las misiones a laestación espacial.En los inicios de la carrera espacial, ante la supremacíasoviética,los estadounidenses realizaron vuelos suborbitales de prueba (proyecto Mercury) que presentaron al mundo como vuelos espaciales. Estos, junto con los vuelos delSpaceShipOne(que no pretendía alcanzar órbita terrestre baja), han sido hasta la fecha de 2005 las únicas excepciones de vuelos "espaciales" por debajo de esta órbita. En el otro extremo, los vuelos delPrograma Apoloson los únicos vuelos tripulados que han ido más allá de órbita terrestre baja.

La mayoría de lossatélitesestán puestos en órbita terrestre baja, donde viajan a alrededor de27 400 km/h(8 km/s), dando una vuelta a la tierra cada 90 minutos. La principal excepción son lossatélites de comunicaciónque requierenórbita geoestacionaria.Sin embargo, hace falta menos energía para situar un satélite en órbita terrestre baja y además el satélite necesita transmisores menos potentes para transferencia de datos, así que la órbita terrestre baja se usa para muchas aplicaciones de comunicación. Dado que estas órbitas no son geoestacionarias, se requiere una red de satélites para suministrar cobertura continua. Las órbitas bajas también ayudan a satélites deteledeteccióngracias al nivel de detalle añadido que puede ser obtenido. Los satélites de teledetección pueden tomar también ventaja de órbitas terrestres bajas síncronas solares a una altitud de alrededor de 800kmy cerca de la inclinación polar. ElENVISATes un ejemplo desatélite de observación terrestreque hace uso de este tipo especial de órbita terrestre baja.

El ambiente de la órbita terrestre baja se está congestionando, no solo conbasura espacial.

Aunque lagravedaden órbita terrestre baja no es mucho menos que en la superficie de la tierra (se reduce un 1 % cada 30km), la gente y los objetos en órbita experimentaningravidez.Esto es precisamente por estar en órbita, pues si un cuerpo estuviese estático a esa altura, rápidamente la gravedad lo haría caer).

La resistencia atmosférica y la gravedad asociadas al lanzamiento añaden típicamente de1500 a 2000 m/sa ladelta-vnecesaria para alcanzar la velocidad de la órbita terrestre baja de 7800 m/s.

El 3 de noviembre de 1957, la perraLaikase convirtió en el primer ser vivo en morir en la órbita terrestre baja encontrándose a bordo delSputnik 2en el momento de su deceso.

Características orbitales

La velocidad orbital media necesaria para mantener una órbita terrestre baja estable es de unos 7,8 km/s, pero se reduce para órbitas más altas. Calculada para una órbita circular de 200 kilómetros (124,3 mi) es de 7,79 km/s, y para 1500 kilómetros (932,1 mi) es de 7,12 km/s.​ Eldelta-vdel vehículo de lanzamiento necesario para alcanzar la órbita baja de la Tierra comienza alrededor de 9,4 km/s.

La atracción de lagravedaden la LEO es sólo ligeramente menor que en la superficie de la Tierra. Esto se debe a que la distancia a la LEO desde la superficie terrestre es mucho menor que el radio de la Tierra. Sin embargo, un objeto en órbita está en permanentecaída librealrededor de la Tierra, porque en órbita tanto lafuerza gravitatoriacomo lafuerza centrífugase equilibran entre sí. Es importante señalar aquí que la "caída libre" por definición requiere que lagravedadsea la única fuerza que actúa sobre el objeto. Esa definición se sigue cumpliendo cuando se cae alrededor de la Tierra, ya que la otra fuerza, lafuerza centrífugaes unafuerza ficticia.Como resultado, las naves espaciales en órbita siguen permaneciendo en órbita, y las personas dentro o fuera de dichas naves experimentan continuamenteingravidez.

Los objetos en LEO se encuentran con el arrastre atmosférico de losgasesen latermosfera(aproximadamente entre 80 y 600 km por encima de la superficie) o laexosfera(aproximadamente 400 mi y más), dependiendo de la altura de la órbita. Las órbitas de los satélites que alcanzan altitudes inferiores a 300 kilómetros (186,4 mi) decaen rápidamente debido al arrastre atmosférico. Los objetos en LEO orbitan la Tierra entre la parte más densa de la atmósfera y por debajo delcinturón de radiación de Van Alleninterior.

Las órbitas terrestres bajas ecuatoriales (OTBE) son un subconjunto de LEO. Estas órbitas, con baja inclinación respecto al Ecuador, permiten tiempos de revisita rápidos de lugares de baja latitud en la Tierra y tienen el menor requerimiento dedelta-v(es decir, de combustible gastado) de cualquier órbita, siempre que tengan la orientación directa (no retrógrada) respecto a la rotación de la Tierra. Las órbitas con un ángulo de inclinación muy elevado respecto al ecuador suelen denominarseórbita polaroórbitas sincrónicas al Sol.

Las órbitas más altas incluyen laórbita terrestre media(MEO), a veces llamada órbita circular intermedia (ICO), y más arriba, laórbita geoestacionaria(GEO). Las órbitas más altas que la órbita baja pueden provocar un fallo prematuro de los componentes electrónicos debido a la intensaradiacióny a la acumulación de cargas.

En 2017, las "órbitas terrestres muy bajas" ('OTMB) empezaron a verse en los expedientes de lasreglamentarias.Estas órbitas, por debajo de unos 450 kilómetros (280 mi), requieren el uso de tecnologías novedosas paraelevar la órbitaporque operan en órbitas que normalmente decaerían demasiado pronto para ser económicamente útiles.​​

Uso

Las órbitas bajas permiten a lossatélitesbeneficiarse de unpresupuesto de enlaceventajoso en las telecomunicaciones y de una alta resolución de los instrumentos de observación. También permiten poner en órbita las máximas cargas útiles mediantelanzadores,ya que requieren menos energía para colocarse en estas órbitas que en otras órbitas terrestres. Las órbitas de menoraltitudpermiten un mejor uso de lateledetección.Los satélites de teledetección también pueden aprovechar laórbitas sincrónicasa estas altitudes.

Los objetos que se encuentran en la órbita baja de la Tierra se encuentran con laResistencia Atmosféricaen forma de gases en latermosfera(80 a 500 km de altitud) o en laexosfera(500 km y superior), cuya naturaleza depende de la altura. La altitud utilizada para los objetos en órbita suele ser superior a 300 km para limitar los efectos de la resistencia atmosférica.

Las órbitas por encima de la órbita terrestre baja, sujetas a grandes acumulaciones de carga y radiación, pueden provocar posibles problemas en los componentes electrónicos.​

Para permanecer en una órbita baja, un satélite debe tener una velocidad horizontal muy alta con respecto a la Tierra. Para permanecer en una órbita circular 300 km por encima de la superficie de la Tierra, el satélite debe tener una velocidad de 7,8 km/s o 28000 km/h que corresponde a una órbita completa de la Tierra en 90 minutos.​

Tipos de satélites

Los satélites de teledetección de baja órbita incluyen:

• satélites meteorológicossatélites de desplazamiento;
• Satélites de imagen de la Tierra comoSPOT,satélites de análisis medioambiental comoENVISAT;
• satélites de reconocimiento, comoHelios.

Los satélites de telecomunicaciones en órbita terrestre baja incluyen:

• sistemas de comunicaciones globales,como elsistema IridiumoGlobalstar;
• los satélites de aficionados deAMSAT.

También es la órbita en la que se han llevado a cabo la mayoría de las misiones espaciales tripuladas, como laMir,lostransbordadores espaciales estadounidenseso laEstación Espacial Internacional.

Alternativas

Losglobos aerostáticostambién han sido propuestos para flotar sobre la tierra a una altura de alrededor de 20 km como estaciones de comunicación, para proporcionar servicios de voz y datos celulares. Para este uso también se han propuesto aviones no tripulados alimentados por energía solar.

Vida útil de los satélites en OTB

El tiempo de permanencia de un satélite en OTB depende de muchos factores, sobre todo de la influencia de la Luna y de la altura sobre las capas densas de la atmósfera. Por ejemplo, la órbita del satélite "Explorer-6" (EE. UU.) cambiaba cada 3 meses de 250 a 160 km, lo que llevó a una disminución de la vida útil del satélite de los 20 años previstos a 2, también el primer satélite de la Tierra duró 3 meses (perigeo 215 km, apogeo 939 km). Otros factores que afectan a la vida útil: la altura de las capas densas de la atmósfera puede variar en función de la hora del día y de la órbita del satélite, por ejemplo, a mediodía, las capas calientes de la atmósfera a una altura de 300 km tienen una densidad 2 veces mayor que a medianoche, y el paso del satélite por el ecuador de la Tierra también disminuye la altura del perigeo del satélite. El aumento de la actividad solar puede provocar un fuerte incremento de la densidad de la atmósfera superior: como consecuencia, el satélite se ralentiza más y la altura de su órbita disminuye más rápidamente.

La forma del satélite, es decir, el área de su sección media (sección transversal), también desempeña un papel esencial; para los satélites especialmente diseñados para operar en órbitas bajas, a menudo se eligen formas de cuerpo aerodinámicas y barridas.

Residuos espaciales

El entorno OTB se está congestionando condesechos espacialesdebido a la frecuencia de los lanzamientos de objetos.​ 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 más desechos espaciales, creando unefecto dominóconocido comosíndrome de Kessler.ElCentro de Operaciones Espaciales Combinadas,que forma parte delMando Estratégico de los Estados Unidos(antes Mando Espacial de los Estados Unidos), realiza un seguimiento de más de 8.500 objetos mayores de 10 cm en OTB.​ Según un estudio delObservatorio de Arecibo,puede haber un millón de objetos peligrosos de más de 2 milímetros en órbita,​ que son demasiado pequeños para ser visibles desde los observatorios terrestres.​

Bibliografía

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• Datos:Q663611
• Multimedia:Low Earth orbit/Q663611