ข้ามไปเนื้อหา

วงโคจรต่ำของโลก

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ภาพกราฟฟิกแสดงวงโคจรรอบโลกที่สำคัญที่สุดสามวงและแถบรังสีแวนอัลเลนชั้นในและชั้นนอก โดยวงโคจร LEO จะอยู่ใกล้โลกที่สุด

วงโคจรต่ำของโลก (อังกฤษ: Low Earth Orbit; LEO) คือวงโคจรรอบโลกที่มีคาบการโคจร 128 นาทีหรือน้อยกว่า (โคจรรอบโลกอย่างน้อย 11.25 รอบต่อวัน) และมีค่าความเยื้องศูนย์กลางน้อยกว่า 0.25[1] วัตถุในอวกาศที่มนุษย์สร้างขึ้นส่วนใหญ่อยู่ในวงโคจรนี้[2] โดยมีจำนวนวัตถุสูงสุดที่ระดับความสูงประมาณ 800 กิโลเมตรเหนือพื้นโลก[3] ส่วนวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดในวงโคจรนี้ ก่อนเข้าวงโคจรปานกลางของโลก (MEO) จะอยู่ที่ระดับความสูง 2,000 กิโลเมตร เท่ากับประมาณหนึ่งในสามของรัศมีโลกและอยู่ใกล้กับจุดเริ่มต้นของแถบรังสีแวนอัลเลนชั้นใน

คำว่า "บริเวณ LEO" ใช้สำหรับพื้นที่ในอวกาศที่อยู่ต่ำกว่าระดับความสูง 2,000 กิโลเมตร (ประมาณหนึ่งในสามของรัศมีโลก)[4] วัตถุใด ๆ ก็ตามที่โคจรผ่านบริเวณนี้จะถูกติดตามอย่างใกล้ชิดเนื่องจากมีความเสี่ยงที่จะชนกับดาวเทียม LEO จำนวนมากในบริเวณนี้ แม้ว่าวัตถุดังกล่าวจะมีจุดไกลที่สุดอยู่ห่างออกไปมากหรือเป็นวงโคจรย่อย

จนถึงปัจจุบันมีเพียงภารกิจดวงจันทร์ของโครงการอะพอลโล (1968–1972) และการบินผ่านดวงจันทร์ในภารกิจอาร์ทิมิส 2 (2026) เท่านั้นที่นำมนุษย์ออกจากโลกไปไกลกว่าวงโคจรต่ำของโลก[5] สถานีอวกาศทั้งหมด (ข้อมูลเมื่อ 2026) ปฏิบัติการอยู่ในบริเวณวงโคจรต่ำของโลก

นิยาม

[แก้]

แหล่งข้อมูลหลายแหล่งได้นิยาม "วงโคจรต่ำของโลก" (LEO) อิงตามระดับความสูง[6][7][8] วัตถุใด ๆ ก็ตามที่มีวงโคจรเป็นวงรีอาจมีระดับความสูงแตกต่างกันมากตลอดแนววงโคจร แม้แต่วัตถุที่มีวงโคจรเป็นวงกลมก็อาจมีระดับความสูงต่างกันได้มากถึง 30 กิโลเมตร (โดยเฉพาะวงโคจรขั้วโลก) จากรูปทรงโลกที่มีการแบนราบที่ขั้วโลกและภูมิลักษณ์เฉพาะพื้นที่ แม้ว่าการนิยามที่อิงตามระดับความสูงจะทำให้เกิดความคลุมเครือดังที่กล่าวมา แต่ส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วงที่กำหนดโดยคาบวงโคจร 128 นาที เพราะสอดคล้องกับกึ่งแกนเอกที่ 8,413 กิโลเมตรตามกฎข้อที่สามของเคปเลอร์ ส่วนวงโคจรวงกลมจะสอดคล้องกับระดับความสูง 2,042 กิโลเมตรเหนือรัศมีเฉลี่ยของโลก ซึ่งสอดคล้องกับขีดจำกัดบนของระดับความสูง LEO ตามนิยามบางแหล่ง

แหล่งข้อมูลบางแหล่งได้นิยาม "บริเวณวงโคจรต่ำของโลก" (LEO region) ว่าคือบริเวณที่มีวงโคจร LEO อยู่[4][9][10] วงโคจรที่มีความเป็นวงรีสูงบางวงโคจรอาจตัดเข้ามาในบริเวณ LEO ในช่วงระดับความสูงน้อยที่สุด (หรือจุดใกล้โลกที่สุด) แต่วงโคจรเหล่านี้ไม่ได้จัดอยู่ในวงโคจร LEO เพราะช่วงระดับความสูงมากที่สุด (หรือจุดไกลโลกที่สุด) เกินกว่า 2,000 กิโลเมตร วัตถุที่เคลื่อนที่แบบวงโคจรย่อย (sub-orbital) หรือโคจรต่ำกว่าวงโคจรปกติก็สามารถขึ้นไปถึงบริเวณ LEO ได้เช่นกัน และไม่ได้จัดอยู่ในวงโคจร LEO เพราะมีการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก การแยกความแตกต่างระหว่างวงโคจร LEO กับบริเวณ LEO นั้นมีความสำคัญอย่างมากต่อการวิเคราะห์การชนกันที่อาจเกิดขึ้นระหว่างวัตถุที่บางครั้งไม่ได้อยู่ในวงโคจร LEO แต่สามารถชนกับดาวเทียมหรือขยะอวกาศในวงโคจร LEO ได้

แผนภาพดาวเทียมที่สำคัญของโลกในระยะห่างตามสัดส่วนจริง เส้นสีน้ำเงินที่อยู่ใกล้โลกที่สุดคือบริเวณ LEO

ลักษณะวงโคจร

[แก้]

ความเร็ววงโคจรเฉลี่ยที่ต้องใช้เพื่อรักษาระดับวงโคจรต่ำของโลก (LEO) ให้คงที่มีค่าประมาณ 7.8 กม./วินาที หรือเท่ากับ 28,000 กม./ชม. อย่างไรก็ตาม ค่าความเร็วนี้แปรผันตามระดับความสูงที่แน่นอนของวงโคจร หากเป็นวงโคจรแบบวงกลมที่ระดับความสูง 200 กิโลเมตร ความเร็ววงโคจรจะอยู่ที่ 7.79 กม./วินาที หากวงโคจรนั้นมีระดับความสูง 1,500 กิโลเมตร ความเร็วจะลดลงเหลือ 7.12 กม./วินาที[11] ค่าเดลตา-วีของการปล่อยยานที่ใช้เพื่อเข้าสู่วงโคจรต่ำของโลกเริ่มต้นที่ประมาณ 9.4 กม./วินาที

แรงดึงจากความโน้มถ่วงที่โลกกระทำต่อวัตถุใน LEO นั้นต่ำกว่าบนพื้นผิวโลกเพียงเล็กน้อย เพราะระยะห่างระหว่างพื้นผิวโลกกับวัตถุใน LEO ยังน้อยกว่ารัศมีของโลกมาก อย่างไรก็ตาม วัตถุโคจรจะอยู่ในสภาวะตกอย่างอิสระรอบโลกตลอดเวลา เนื่องจากแรงโน้มถ่วงและแรงหนีศูนย์กลางในวงโคจรจะหักล้างกันพอดี[a] ทำให้ยานอวกาศสามารถรักษาระดับอยู่ในวงโคจรได้ และมนุษย์ทั้งในและนอกยานจะประสบกับสภาวะไร้น้ำหนักตลอดเวลา

วัตถุในวงโคจร LEO โคจรรอบโลกอยู่เหนือชั้นบรรยากาศโลกที่หนาแน่นเรื่อยไปจนถึงก่อนแถบรังสีแวนอัลเลนชั้นใน วัตถุดังกล่าวยังคงเจอแรงต้านบรรยากาศจากแก๊สในชั้นเทอร์โมสเฟียร์ (ระดับความสูง 80–600 กิโลเมตรเหนือพื้นผิว) หรือในชั้นเอกโซสเฟียร์ (ประมาณ 600 กิโลเมตรขึ้นไป) ตามความสูงของวงโคจร ดาวเทียมในวงโคจรระดับความสูงต่ำกว่า 300 กิโลเมตร จะถูกลดระดับวงโคจรอย่างรวดเร็วเนื่องจากแรงต้านของบรรยากาศโลก

วงโคจรต่ำรอบเส้นศูนย์สูตร (equatorial low Earth orbit, ELEO) คือส่วนหนึ่งของวงโคจรต่ำของโลก (LEO) ที่มีค่าความเอียงของวงโคจรต่ำ ทำให้สามารถวนกลับมาสำรวจพื้นที่ละติจูดต่ำบนโลก (เขตร้อนใกล้เส้นศูนย์สูตร) ได้อย่างรวดเร็ว วงโคจรต่ำรอบเส้นศูนย์สูตรที่โคจรตามการหมุนของโลก (prograde) จะใช้ค่าเดลตา-วีในการปล่อยยานต่ำ เพราะส่วนหนึ่งใช้ประโยชน์จากการหมุนของโลก วงโคจร LEO อื่น ๆ ที่มีประโยชน์ เช่น วงโคจรผ่านขั้วโลก วงโคจรแบบสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์ ทั้งสองวงโคจรมีมุมเอียงสูงกว่าเส้นศูนย์สูตร ใช้ครอบคลุมพื้นที่ละติจูดสูงบนโลก ดาวเทียมสตาร์ลิงก์รุ่นแรก ๆ บางดวงใช้วงโคจรขั้วโลก ทำให้สามารถให้บริการครอบคลุมทุกพื้นที่บนโลก ส่วนกลุ่มดาวเทียมสตาร์ลิงก์รุ่นหลังจะโคจรด้วยมุมเอียงต่ำกว่าซึ่งจะครอบคลุมพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่นมากกว่า

วงโคจรที่อยู่สูงขึ้นไปถัดจาก LEO คือวงโคจรปานกลางของโลก (MEO) บางครั้งเรียกว่าวงโคจรวงกลมระดับกลาง (intermediate circular orbit, ICO) และถัดจาก MEO สูงขึ้นไปอีกคือวงโคจรค้างฟ้า (GEO) วงโคจรที่อยู่สูงกว่า LEO เหล่านี้จะประสบกับรังสีที่รุนแรงและการสะสมประจุมากกว่า อาจทำให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เสียหายและล้มเหลวเร็วกว่า

ตั้งแต่ปี 2017 เริ่มปรากฏให้เห็นคำว่า วงโคจรต่ำมากของโลก (very low Earth orbit, VLEO) ในเอกสารการยื่นขออนุญาตต่อหน่วยงานกำกับดูแล วงโคจรดังกล่าวมีระดับความสูงเพียงราว 450 กิโลเมตร และต้องใช้เทคโนโลยีใหม่ในการเพิ่มระดับวงโคจร เนื่องจากแรงต้านจากชั้นบรรยากาศจะทำให้วงโคจรลดระดับลงเร็วเกินไปจนไม่เกิดความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ[12][13]

การใช้งาน

[แก้]
วิดีโอแสดงโลกเมื่อมองจากสถานีอวกาศนานาชาติด้วยความยาวประมาณครึ่งวงโคจร

การส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรต่ำของโลก (LEO) เป็นวิธีส่งดาวเทียมที่ใช้พลังงานน้อยที่สุด มีอัตราการส่งถ่ายข้อมูลสูงและความล่าช้าในการสื่อสารต่ำ ทั้งมนุษย์และการบำรุงรักษายังสามารถเข้าถึงดาวเทียมและสถานีอวกาศในวงโคจร LEO ได้ง่าย นอกจากนี้ยังไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องขยายกำลังสูงเพื่อส่งสัญญาณ จึงนิยมใช้เป็นวงโคจรสำหรับการติดต่อสื่อสาร เช่น ระบบโทรศัพท์อิริเดียม สตาร์ลิงก์ เป็นต้น ดาวเทียมถ่ายภาพโลกยังสามารถใช้ประโยชน์จากแสงสะท้อนของพื้นผิวโลกที่สม่ำเสมอโดยโคจรในลักษณะสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์ที่ความสูงราว 800 กิโลเมตรและมีมุมเอียงใกล้ขั้วโลก

ข้อเสีย

[แก้]

ดาวเทียมในวงโคจรต่ำมีขอบเขตการมองเห็นแคบ สามารถสังเกตและสื่อสารกับพื้นที่บางส่วนของโลกได้ในเวลาใดเวลาหนึ่งเท่านั้น ต่างจากดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า ทำให้จำเป็นต้องมีเครือข่ายดาวเทียมขนาดใหญ่ (หรือกลุ่มดาวเทียม) เพื่อให้เกิดความครอบคลุมและต่อเนื่อง

ดาวเทียมที่โคจรที่ระดับความสูงไม่มากจะอยู่ในชั้นบรรยากาศและประสบกับการลดระดับของวงโคจรอย่างรวดเร็ว จึงจำเป็นต้องใช้พลังงานเพิ่มระดับวงโคจรอยู่เป็นระยะเพื่อรักษาวงโคจรให้คงที่หรือปล่อยดาวเทียมใหม่ทดแทนดาวเทียมที่ตกกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ กิจกรรมดังกล่าวทำให้เกิดความกังวลว่าอาจมีการเพิ่มปริมาณโลหะที่ระเหยเป็นไอจำนวนมากในบรรยากาศโลกชั้นสตราโตสเฟียร์ แต่ปัจจุบันยังไม่ทราบถึงผลกระทบอย่างแน่ชัด[14]

ตัวอย่าง

[แก้]

หมายเหตุ

[แก้]
  1. ↑ ตามนิยามแล้ว "การตกอย่างอิสระ" หมายความว่าแรงโน้มถ่วงเป็นแรงเดียวที่กระทำต่อวัตถุ นิยามนี้ยังคงเป็นจริงเมื่อวัตถุตกลงรอบโลก เนื่องจากแรงอีกแรงหนึ่งคือแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางนั้นเป็นเพียงแรงเทียม

อ้างอิง

[แก้]
  1. ↑ "Current Catalog Files". เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ June 26, 2018. สืบค้นเมื่อ July 13, 2018. LEO: Mean Motion > 11.25 & Eccentricity < 0.25
  2. ↑ Holli, Riebeek (2009-09-04). "NASA Earth Observatory". earthobservatory.nasa.gov (ภาษาอังกฤษ). เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2018-05-27. สืบค้นเมื่อ 2015-11-28.
  3. ↑ Muciaccia, Andrea (2021). Fragmentations in low Earth orbit: event detection and parent body identification (วิทยานิพนธ์). doi:10.13140/RG.2.2.27621.52966.
  4. 1 2 "IADC Space Debris Mitigation Guidelines" (PDF). INTER-AGENCY SPACE DEBRIS COORDINATION COMMITTEE: Issued by Steering Group and Working Group 4. September 2007. เก็บ (PDF)จากแหล่งเดิมเมื่อ 2018-07-17. สืบค้นเมื่อ 2018-07-17. Region A, Low Earth Orbit (or LEO) Region – spherical region that extends from the Earth's surface up to an altitude (Z) of 2,000 km
  5. ↑ "Artemis II". NASA (ภาษาอังกฤษแบบอเมริกัน). April 3, 2025. สืบค้นเมื่อ August 6, 2025.
  6. ↑ "Definition of LOW EARTH ORBIT". Merriam-Webster Dictionary (ภาษาอังกฤษ). เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2018-07-08. สืบค้นเมื่อ 2018-07-08.
  7. ↑ "Frequently Asked Questions" (ภาษาอังกฤษแบบอเมริกัน). FAA. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2020-06-02. สืบค้นเมื่อ 2020-02-14. LEO refers to orbits that are typically less than 2,400 km (1,491 mi) in altitude.
  8. ↑ Campbell, Ashley (2015-07-10). "SCaN Glossary" (ภาษาอังกฤษ). NASA. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2020-08-03. สืบค้นเมื่อ 2018-07-12. Low Earth Orbit (LEO): A geocentric orbit with an altitude much less than the Earth's radius. Satellites in this orbit are between 80 and 2000 kilometers above the Earth's surface.
  9. ↑ "What Is an Orbit?". NASA (ภาษาอังกฤษ). David Hitt : NASA Educational Technology Services, Alice Wesson : JPL, J.D. Harrington : HQ;, Larry Cooper : HQ;, Flint Wild : MSFC;, Ann Marie Trotta : HQ;, Diedra Williams : MSFC. 2015-06-01. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2018-03-27. สืบค้นเมื่อ 2018-07-08. LEO is the first 100 to 200 miles (161 to 322 km) of space.{{cite news}}: CS1 maint: others (ลิงก์)
  10. ↑ Steele, Dylan (2016-05-03). "A Researcher's Guide to: Space Environmental Effects". NASA (ภาษาอังกฤษ). p. 7. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2016-11-17. สืบค้นเมื่อ 2018-07-12. the low-Earth orbit (LEO) environment, defined as 200–1,000 km above Earth's surface
  11. ↑ "LEO parameters". www.spaceacademy.net.au. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2016-02-11. สืบค้นเมื่อ 2015-06-12.
  12. ↑ Crisp, N. H.; Roberts, P. C. E.; Livadiotti, S.; Oiko, V. T. A.; Edmondson, S.; Haigh, S. J.; Huyton, C.; Sinpetru, L.; Smith, K. L.; Worrall, S. D.; Becedas, J. (August 2020). "The Benefits of Very Low Earth Orbit for Earth Observation Missions". Progress in Aerospace Sciences. 117. arXiv:2007.07699. Bibcode:2020PrAeS.11700619C. doi:10.1016/j.paerosci.2020.100619. S2CID 220525689. {{cite journal}}: ไม่รู้จักพารามิเตอร์ |article-number= ถูกละเว้น (help)
  13. ↑ Messier, Doug (2017-03-03). "SpaceX Wants to Launch 12,000 Satellites". Parabolic Arc. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2020-01-22. สืบค้นเมื่อ 2018-01-22.
  14. ↑ "Space Junk is Polluting Earth's Stratosphere with Vaporized Metal". Scientific American.
  15. ↑ "Higher Altitude Improves Station's Fuel Economy". NASA. เก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2015-05-15. สืบค้นเมื่อ 2013-02-12.
  16. ↑ "Japan's low altitude satellite Tsubame registered in Guinness World Records". The Japan Times. 2019-12-30. สืบค้นเมื่อ 2024-06-25.
เข้าถึงจาก "https://th.wikipedia.org/w/index.php?title=วงโคจรต่ำของโลก&oldid=12935449"