En kunstig satellit er et vidunder af teknologi og ingeniørvidenskab. Det eneste, der kan sammenlignes med den teknologiske bedrift, er den videnskabelige viden, der skal til for at placere og holde en satellit i kredsløb om Jorden. Tænk blot på, hvad videnskabsfolk skal forstå for at få dette til at ske: Først er der tyngdekraften, dernæst en omfattende viden om fysik og naturligvis selve banernes natur. Så spørgsmålet om, hvordan satellitter forbliver i kredsløb, er virkelig et tværfagligt spørgsmål, der involverer en stor teknisk og akademisk viden.
Først er det vigtigt at forstå, hvordan en satellit kredser om Jorden, for at forstå, hvad kredsløb indebærer. Johann Kepler var den første til nøjagtigt at beskrive den matematiske form af planeternes baner. Mens man troede, at planeternes baner om solen og månens baner om jorden var perfekt cirkulære, fandt Kepler frem til begrebet elliptiske baner. For at et objekt kan forblive i kredsløb om Jorden, skal det have tilstrækkelig hastighed til at følge sin bane tilbage. Dette gælder både for en naturlig satellit og for en kunstig satellit. Ud fra Keplers opdagelse kunne forskerne også udlede, at jo tættere en satellit er på et objekt, jo stærkere er tiltrækningskraften, og derfor må den bevæge sig hurtigere for at holde sig i kredsløb.
Dernæst kommer en forståelse af selve tyngdekraften. Alle objekter besidder et gravitationsfelt, men det er kun for særligt store objekter (dvs. planeter), at denne kraft kan mærkes. I Jordens tilfælde er gravitationskraften beregnet til 9,8 m/s2. Det er dog et specifikt tilfælde på planetens overflade. Ved beregning af objekter i kredsløb om Jorden gælder formlen v=(GM/R)1/2, hvor v er satellittens hastighed, G er gravitationskonstanten, M er planetens masse, og R er afstanden fra Jordens centrum. På grundlag af denne formel kan vi se, at den hastighed, der kræves for at komme i kredsløb, er lig med kvadratroden af afstanden fra objektet til Jordens centrum gange tyngdeaccelerationen i denne afstand. Så hvis vi ønsker at placere en satellit i en cirkulær bane i 500 km højde over jordoverfladen (det, som forskerne ville kalde en Low Earth Orbit LEO), ville den have brug for en hastighed på ((6,67 x 10-11 * 6,0 x 1024)/(6900000))1/2 eller 7615,77 m/s. Jo større højde, jo mindre hastighed er nødvendig for at opretholde kredsløbet.
Så i virkeligheden afhænger en satellits evne til at opretholde sit kredsløb af en balance mellem to faktorer: dens hastighed (eller den hastighed, hvormed den ville bevæge sig i en lige linje) og gravitationskraften mellem satellitten og den planet, den kredser om. Jo højere kredsløbet er, jo mindre hastighed er der behov for. Jo tættere kredsløb, jo hurtigere skal den bevæge sig for at sikre, at den ikke falder tilbage til Jorden.
Vi har skrevet mange artikler om satellitter for Universe Today. Her er en artikel om kunstige satellitter, og her er en artikel om geosynkrone kredsløb.
Hvis du vil have mere information om satellitter, kan du læse disse artikler:
Orbitalobjekter
Liste over satellitter i geostationær bane
Vi har også optaget et afsnit af Astronomy Cast om rumfærgen. Hør her, Episode 127: Den amerikanske rumfærge.
