低軌道

低地球軌道（LEO ）は、周期が128分以下（1日に少なくとも11.25周回）、離心率が0.25未満の地球の周りの軌道です。[ 1 ]宇宙空間^の人工物のほとんどはLEOにあり、高度約800 km（500マイル）で数がピークに達します。^[2]一方、LEOで最も遠い中地球軌道（MEO）の前の高度は2,000 kmで、地球の半径の約3分の1であり、内側のヴァン・アレン放射線帯の始まり近くです。

LEO領域という用語は、高度2,000 km（1,200マイル）（地球の半径の約3分の1）以下の宇宙領域を指すために使用されます。 ^[3]このゾーンを通過する軌道上の物体は、遠地点がさらに外側にある場合や準軌道上にある場合でも、多くのLEO衛星との衝突の危険があるため、注意深く追跡されます。

アポロ計画（1968-1972）の月探査ミッションと2024年のポラリス・ドーンを除き、LEOを超えて有人宇宙飛行は行われていません。これまでの宇宙ステーションはすべてLEO内で地球中心に運用されています。

さまざまな情報源^{[4] [5] [6]が、LEO を}高度の観点から定義しています。楕円軌道上の物体の高度は、軌道に沿って大幅に変化する可能性があります。円軌道の場合でも、地球の楕円体の扁平度と局所的な地形により、地上からの高度は 30 km (19 マイル) も変化する可能性があります (特に極軌道の場合) 。高度に基づく定義は本質的に曖昧ですが、そのほとんどは、ケプラーの第三法則によれば、軌道長半径が 8,413 km (5,228 マイル)に相当するため、128 分の軌道周期で指定される範囲内に収まります。円軌道の場合、これは地球の平均半径より 2,042 km (1,269 マイル) 上の高度に相当し、一部の LEO 定義における高度の上限の一部と一致しています。

LEO領域は、いくつかの情報源によって、LEO軌道が占める空間領域として定義されています。^{[3] [7] [8]}一部の高度に楕円形の軌道は、最低高度（または近地点）付近でLEO領域を通過することがありますが、最高高度（または遠地点）が2,000 km（1,243マイル）を超えるため、LEO軌道上にはありません。準軌道物体もLEO領域に到達しますが、大気圏に再突入するため、LEO軌道上にはありません。LEO軌道とLEO領域の区別は、それ自体はLEOにないが、LEO軌道上の衛星やデブリと衝突する可能性のある物体間の衝突の可能性を分析する上で特に重要です。

安定した低地球軌道を維持するために必要な平均軌道速度は約 7.8 km/s (4.8 mi/s) で、時速 28,000 km (17,000 mph) に相当します。ただし、これは軌道の正確な高度によって異なります。200 km (120 mi) の円軌道で計算すると、軌道速度は 7.79 km/s (4.84 mi/s) ですが、1,500 km (930 mi) のより高い軌道では、速度は 7.12 km/s (4.42 mi/s) に低下します。^[9]低地球軌道を達成するために必要な打ち上げロケットのデルタ v は、約 9.4 km/s (5.8 mi/s) から始まります。

LEOの重力は、地球の表面よりもわずかに小さいだけです。これは、地球の表面からLEOまでの距離が地球の半径よりもはるかに短いためです。しかし、軌道上の物体は、軌道上では重力と遠心力が互いにバランスしているため、地球の周りを永久に自由落下しています。 ^[a]その結果、軌道上の宇宙船は軌道上にとどまり続け、宇宙船の内外にいる人々は継続的に無重力状態を経験します。

LEO の物体は、軌道高度に応じて、熱圏(地表から約 80～600 km 上空) または外気圏(約 600 km または 400 マイル以上)のガスによる大気抵抗を受けます。高度 300 km (190 マイル) 未満の衛星の軌道は、大気抵抗により急速に減衰します。LEO の物体は、大気の密度が高い部分と内側のヴァン・アレン放射線帯の下の間を周回します。

赤道低軌道 ( ELEO ) は LEO のサブセットです。これらの軌道は赤道に対する傾斜角が低いため、地球の低緯度地域への再訪時間が短くなります。順行赤道 LEO は地球の自転を利用するため、デルタ v打ち上げ要件も低くなります。極軌道や太陽同期軌道などのその他の有用な LEO 軌道は赤道に対する傾斜角が高く、地球の高緯度地域をカバーします。第 1 世代のStarlink衛星の一部は、地球上のあらゆる場所をカバーする極軌道を使用しました。その後の Starlink コンステレーションは傾斜角が低く、人口密集地域をより広くカバーします。

より高い軌道には、中軌道(MEO)、中間円軌道 (ICO) と呼ばれることもありますが、さらに高い軌道には静止軌道(GEO) があります。低軌道よりも高い軌道では、強い放射線と電荷の蓄積により、電子部品が早期に故障する可能性があります。

2017年、規制当局の書類に「超低軌道」（VLEO）が見られるようになった。高度約450km（280マイル）以下のこれらの軌道は、通常では軌道が早く崩壊し経済的に役立たなくなるため、軌道を上げるための新しい技術の使用が必要となる。 ^{[10] [11]}

低軌道では、衛星の配置に必要なエネルギーが最も少なくなります。帯域幅が広く、通信の遅延も少なくなります。LEO にある衛星や宇宙ステーションは、乗組員やサービスにとってアクセスしやすいものになります。

LEO に衛星を配置するにはエネルギーが少なくて済み、そこにある衛星は送信を成功させるのにそれほど強力な増幅器を必要としないため、LEO はイリジウム電話システムなどの多くの通信アプリケーションに使用されています。一部の通信衛星は、はるかに高い静止軌道を使用し、地球と同じ角速度で移動して、地球上のある場所の上空で静止しているように見えます。

静止衛星とは異なり、低軌道衛星は視野が狭く、一度に地球の一部しか観測および通信できません。つまり、継続的なカバレッジを提供するには、大規模な衛星ネットワーク (または衛星群) が必要になります。

軌道高度が低い衛星は大気圏内にあり、軌道が急速に減衰するため、安定した軌道を維持するために定期的に再ブーストするか、大気圏に再突入した衛星の代わりに代替衛星を打ち上げる必要がある。地球の成層圏にこれほど大量の気化した金属を追加することによる影響は潜在的に懸念されるが、現在のところ不明である。^[12]

• 国際宇宙ステーションは、地球表面から約400～420キロメートル（250～260マイル）上空の低軌道にあります。^[13]ステーションの軌道は1か月あたり約2キロメートル（1.2マイル）ずつ減速するため、年に数回の再ブーストが必要です。
• イリジウム通信衛星は約 780 km (480 マイル) の高度を周回します。
• 地球観測衛星は、スパイ衛星やその他の地球画像衛星など、リモートセンシング衛星としても知られ、地球に近づくことで地球の表面をより鮮明に見ることができるため、LEOを使用します。人工衛星の大部分はLEOに配置されています。^[14]衛星はまた、高度約800km（500マイル）で極傾斜角に近い太陽同期LEO軌道を介して、地表の一貫した照明を利用することができます。Envisat（ 2002～2012年）はその一例です。
• ハッブル宇宙望遠鏡は地球から約 540 km (340 マイル) 上空を周回しています。
• Starlinkなどの衛星インターネットコンステレーション。
• 中国の天宮宇宙ステーションは2021年4月に打ち上げられ、現在は地球表面から340～450km（210～280マイル）上空を周回している。
• 重力測定ミッションGRACE-FOは、その前身であるGRACEと同様に、高度約500km（310マイル）を周回します。

• GOCE (2009-2013) はESA の重量測定ミッションで、高度約 255 km (158 マイル) を周回しました。

• 超低高度衛星技術試験機（2017-2019年）は「つばめ」の愛称で呼ばれ、地球観測衛星の中で史上最低の高度167.4km（104.0マイル）を周回した。^[15]

• 映画『2001年宇宙の旅』では、地球の中継ステーション（「スペースステーションV」）は「地球上空300kmを周回していた」^{[16] 。}

LEO環境は、物体の打ち上げ頻度が高いため、スペースデブリで混雑しつつある。 ^[17]軌道速度での衝突は危険または致命的となる可能性があるため、近年懸念が高まっている。衝突によりさらなるスペースデブリが発生し、ケスラー症候群として知られるドミノ効果を引き起こす可能性がある。NASAの軌道デブリプログラムは、LEOで直径10cmを超える物体を25,000個以上追跡しているが、1～10cmの物体の推定数は500,000個、1mmを超える粒子の数は1億を超える。^[18]粒子は最大7.8km/s（28,000km/h、17,500mph）の速度で移動するため、小さな衝突でも宇宙船に深刻な損傷を与える可能性がある。^[19]

この記事には、アメリカ航空宇宙局 のウェブサイトまたは文書からのパブリック ドメインの資料が組み込まれています。