¿Por qué la vida útil de un satélite LEO es menor que la de un satélite GEO?

Según Wikipedia en órbita terrestre baja :

Una órbita terrestre baja (LEO) se define generalmente como una órbita por debajo de una altitud de aproximadamente 2000 kilómetros (1200 mi). Dada la rápida descomposición orbital de los objetos por debajo de aproximadamente 200 kilómetros (120 mi), la definición comúnmente aceptada para LEO es entre 160 kilómetros (99 mi) (con un período de aproximadamente 88 minutos) y 2000 kilómetros (1200 mi) (con un período de unos 127 minutos) sobre la superficie de la Tierra.

A esta altitud, hay moléculas atmosféricas presentes, lo que lleva a un aumento de la resistencia que se traduce en la descomposición orbital (más aún durante los máximos solares , debido a la expansión de los gases en la atmósfera). Por lo tanto, estos satélites en órbita LEO deben ser reforzados constantemente para superar este arrastre, de lo contrario, su velocidad orbital disminuye y se mueven en espiral hacia la atmósfera inferior.

Mientras tanto, la órbita geoestacionaria es una órbita circular a 35 786 kilómetros (22 236 millas) sobre el ecuador de la Tierra, y la resistencia atmosférica es comparativamente menor a estas alturas.

Entonces, en pocas palabras, la diferencia en la resistencia atmosférica es la razón principal de la mayor vida útil orbital de los satélites en órbita GEO que los satélites en órbita LEO.

Observo que la pregunta se refiere a la vida útil, no se limita a la vida útil orbital.

Irónicamente, las perturbaciones orbitales luni-solares en GEO hasta ahora han tenido un efecto limitante muy fuerte en la vida útil de los satélites GEO a través del requisito típico de la misión para controlar la evolución de la inclinación orbital, aunque los avances en la tecnología de propulsión están aliviando las limitaciones de la vida útil de los propulsores.

Sin embargo, a pesar de esto, la premisa básica de la pregunta aún se mantiene, la vida útil de diseño de los satélites geoestacionarios comerciales ha aumentado de 7 a 15 años desde la década de 1970, mientras que, por ejemplo, las misiones de teledetección LEO han evolucionado de 3 a 10, aunque yo confieso ser un poco más inestable en la última evolución.

Creo que las razones se relacionan con el alto nivel de comportamiento emergente de los clientes frente a su propio ciclo económico del cual solo puedo sugerir algunas ideas de partida:

• cuesta más llegar a GEO, por lo que los negocios de estos satélites podrían ser más sensibles a las economías
• Las funciones de la mayoría de los satélites GEO para comunicaciones son intensivas en energía eléctrica, por lo que aumentan los costos de lanzamiento y masa, lo que refuerza el beneficio de una vida útil más larga para maximizar el retorno del capital.
• algunas características de LEO, como ~15 eclipses por día, pueden haber sido técnicamente exigentes en términos de tensión eléctrica y térmica.

¿Cualquier otra sugerencia?

Los satélites GEO tienden a ser satélites grandes, porque tienen que ser más grandes para soportar sus misiones. Cuando tiene que hacerlos más grandes, se construyen con redundancia adicional. Además, los satélites GEO no tienen tantos eclipses, los tienen como máximo una vez al día durante 90 minutos durante la temporada de eclipses .

Para los satélites LEO, su muerte tiende a deberse a baterías deficientes. Las baterías están muy estresadas por el uso constante que requieren. Los satélites GEO tienden a terminar su vida cuando se acaba el combustible. Los requisitos de combustible suelen ser más fáciles que las baterías.

Los satélites LEO tienden a requerir una constelación para funcionar de manera efectiva. La redundancia en muchos sentidos es que normalmente hay otros satélites en órbita que pueden "tomar el relevo" si uno de ellos falla. Los satélites GEO tienden a requerir estar en una ubicación específica y no pueden admitir ese tipo de redundancia.

La conclusión es que los satélites LEO se construyen más pequeños, más baratos y con una vida útil más corta, y tienen más carga de batería que los satélites GEO.

Hay una vida de diseño y una vida de entorno.

La vida útil del diseño es menor en LEO en parte debido al costo: el costo de lanzamiento a GEO es mucho más costoso, por lo que los satélites deben diseñarse para hacer un mejor uso de ese costo durante un período de tiempo mayor para justificar el gasto. Los satélites LEO son más baratos y, por lo tanto, normalmente no están diseñados para una vida útil tan larga; también encontrarán más resistencia, pero si eso fuera una preocupación, entonces el control de propulsión y actitud/órbita sería más común. Todavía es más barato tener un satélite propulsado en LEO que un satélite GEO. LEO cuesta ~ $ 5000/kg para poner en órbita, mientras que GEO todavía cuesta ~ $ 30,000/kg.

La vida útil del medio ambiente en GEO es muy larga, como han dicho otros, principalmente debido a la atmósfera más escasa. En LEO a 250 km, puede haber tantos como$10^{-10}g/cm^3$partículas, mientras que en GEO a 35.786 km esto es más como$10^{-20}g/cm^3$. Las naves espaciales en GEO experimentan otros efectos del viento solar (carga superficial y otros efectos electromagnéticos).

Otro factor que contribuye es que el satélite LEO, a altitudes de 1-6 mm, está siendo golpeado por el cinturón interior de Van Allen .