Warum ist die Lebensdauer eines LEO-Satelliten geringer als die eines GEO-Satelliten?

Laut Wikipedia auf Low Earth Orbit :

Eine niedrige Erdumlaufbahn (LEO) wird im Allgemeinen als eine Umlaufbahn unterhalb einer Höhe von ungefähr 2.000 Kilometern (1.200 Meilen) definiert. Angesichts des schnellen Zerfalls der Umlaufbahn von Objekten unter etwa 200 Kilometern (120 Meilen) liegt die allgemein akzeptierte Definition für LEO zwischen 160 Kilometern (99 Meilen) (mit einer Periode von etwa 88 Minuten) und 2.000 Kilometern (1.200 Meilen) (mit einer Periode von etwa 127 Minuten) über der Erdoberfläche.

In dieser Höhe sind atmosphärische Moleküle vorhanden, was zu einem erhöhten Luftwiderstand führt, der sich in einem Zerfall der Umlaufbahn niederschlägt (mehr während Sonnenmaxima aufgrund der Ausdehnung von Gasen in der Atmosphäre). Daher müssen diese LEO-umkreisten Satelliten ständig neu aufgeladen werden, um diesen Luftwiderstand zu überwinden, da sonst ihre Umlaufgeschwindigkeit abnimmt und sie spiralförmig in die untere Atmosphäre absinken.

Inzwischen ist die geostationäre Umlaufbahn eine kreisförmige Umlaufbahn 35.786 Kilometer (22.236 Meilen) über dem Erdäquator, und der Luftwiderstand ist in diesen Höhen vergleichsweise geringer.

Kurz gesagt, der Unterschied im atmosphärischen Luftwiderstand ist der Hauptgrund für die längere Umlaufbahnlebensdauer von GEO-umkreisten Satelliten im Vergleich zu LEO-umkreisten Satelliten.

Ich stelle fest, dass die Frage nach der Lebensdauer fragt und nicht auf die Lebensdauer im Orbit beschränkt ist.

Ironischerweise hatten Bahnstörungen zwischen Mond und Sonne bei GEO bis jetzt eine sehr starke lebensdauerbegrenzende Wirkung auf die Lebensdauer von GEO-Satelliten durch die typische Missionsanforderung, die Entwicklung der Bahnneigung zu kontrollieren, obwohl Fortschritte in der Antriebstechnologie die Begrenzungen der Lebensdauer von Treibstoffen verringern.

Trotzdem bleibt die grundlegende Prämisse der Frage bestehen, dass sich die Designlebensdauer kommerzieller geostationärer Satelliten seit den 1970er Jahren von 7 auf 15 Jahre erhöht hat, während sich beispielsweise die von LEO-Fernerkundungsmissionen von 3 auf 10 entwickelt hat, obwohl ich gestehe, bei der letzteren Entwicklung etwas wackeliger zu sein.

Ich denke, die Gründe liegen in dem hochgradig emergenten Verhalten der Kunden gegenüber ihrem eigenen Konjunkturzyklus, von dem ich nur einige Ansatzpunkte vorschlagen kann:

• Es kostet mehr, zu GEO zu gelangen, daher könnten die Geschäfte dieser Satelliten anfälliger für Volkswirtschaften sein
• Die Funktionen der meisten GEO-Satelliten für die Kommunikation sind stromintensiv, wodurch die Massen- und Startkosten erhöht werden, wodurch der Vorteil einer längeren Lebensdauer zur Maximierung der Kapitalrendite verstärkt wird
• Einige Funktionen von LEO, wie etwa 15 Sonnenfinsternisse pro Tag, waren möglicherweise technisch anspruchsvoll in Bezug auf elektrische und thermische Belastung.

Irgendwelche anderen Vorschläge?

GEO-Satelliten sind in der Regel große Satelliten, da sie größer sein müssen, um ihre Missionen zu unterstützen. Wenn Sie sie vergrößern müssen, werden sie mit zusätzlicher Redundanz gebaut. Außerdem haben GEO-Satelliten nicht so viele Finsternisse, sie haben sie höchstens einmal am Tag für 90 Minuten während der Finsternissaison .

Bei LEO-Satelliten ist ihr Tod in der Regel auf schlechte Batterien zurückzuführen. Die Batterien werden durch den ständigen Gebrauch, den sie erfordern, sehr beansprucht. GEO-Satelliten neigen dazu, ihr Leben zu beenden, wenn der Treibstoff zur Neige geht. Kraftstoffanforderungen sind normalerweise einfacher als Batterien.

LEO-Satelliten benötigen in der Regel eine Konstellation, um effektiv zu arbeiten. Die Redundanz besteht in vielerlei Hinsicht darin, dass es normalerweise andere Satelliten im Orbit gibt, die "den Durchhang ausgleichen" können, wenn einer von ihnen ausfällt. GEO-Satelliten erfordern in der Regel einen bestimmten Standort und können diese Art von Redundanz nicht unterstützen.

Unterm Strich sind LEO-Satelliten kleiner gebaut, billiger und haben eine geringere Lebensdauer und haben eine höhere Batteriebelastung als GEO-Satelliten.

Es gibt eine Designlebensdauer und eine Umgebungslebensdauer.

Die Designlebensdauer ist bei LEO teilweise aus Kostengründen geringer – die Kosten für den Start zu GEO sind viel höher, sodass Satelliten so konstruiert werden müssen, dass sie diese Kosten über einen längeren Zeitraum besser nutzen, um die Kosten zu rechtfertigen. LEO-Satelliten sind billiger und daher in der Regel nicht für eine so lange Lebensdauer ausgelegt - sie werden auch einem höheren Luftwiderstand ausgesetzt sein, aber wenn dies ein Problem wäre, wären Antrieb und Lage- / Umlaufbahnkontrolle eher Mainstream. Es ist immer noch billiger, einen angetriebenen Satelliten in LEO zu haben als einen GEO-Satelliten. LEO kostet ~ 5000 $ /kg, um es in die Umlaufbahn zu bringen, während GEO immer noch ~ 30.000 $ /kg kostet.

Die Umweltlebensdauer bei GEO ist sehr lang, wie andere gesagt haben, hauptsächlich aufgrund der spärlicheren Atmosphäre. In LEO bei 250 km können es so viele sein wie$10^{-10}g/cm^3$Partikel, während dies in GEO bei 35.786 km eher so ist$10^{-20}g/cm^3$. Raumfahrzeuge in GEO erfahren andere Effekte durch den Sonnenwind (Oberflächenladung und andere elektromagnetische Effekte).

Ein weiterer Faktor ist, dass der LEO-Satellit in Höhen von 1-6 mm vom inneren Van-Allen-Gürtel getroffen wird .