Keinotekoinen satelliitti on teknologian ja tekniikan ihme. Ainoa asia, joka on teknisesti verrattavissa tähän urotekoon, on se tieteellinen osaaminen, joka tarvitaan satelliitin asettamiseen ja pitämiseen maapallon kiertoradalla. Miettikääpä, mitä kaikkea tiedemiesten on ymmärrettävä, jotta tämä onnistuisi: ensinnäkin painovoima, sitten kattava fysiikan tuntemus ja tietysti itse kiertoratojen luonne. Kysymys siitä, miten satelliitit pysyvät kiertoradalla, on siis oikeastaan monitieteinen, ja siihen liittyy paljon teknistä ja akateemista tietoa.
Yksi sen ymmärtämiseksi, miten satelliitti kiertää Maata, on tärkeää ymmärtää, mitä kiertorata tarkoittaa. Johann Kepler oli ensimmäinen, joka kuvasi tarkasti planeettojen kiertoratojen matemaattisen muodon. Kun planeettojen kiertoratojen Auringon ympäri ja Kuun kiertoratojen Maan ympäri luultiin olevan täydellisen ympyränmuotoisia, Kepler törmäsi elliptisten kiertoratojen käsitteeseen. Jotta kappale pysyisi Maata kiertävällä radalla, sillä on oltava riittävästi nopeutta kulkeakseen radallaan. Tämä pätee yhtä lailla luonnollisiin kuin keinotekoisiin satelliitteihin. Keplerin löydöstä tiedemiehet pystyivät myös päättelemään, että mitä lähempänä satelliitti on kohdetta, sitä voimakkaampi on sen vetovoima, joten sen on kuljettava nopeammin säilyttääkseen kiertoradan.
Seuraavaksi tulee ymmärrys itse painovoimasta. Kaikilla esineillä on painovoimakenttä, mutta vain erityisen suurten esineiden (eli planeettojen) kohdalla tämä voima tuntuu. Maan tapauksessa gravitaatiovoima on laskennallisesti 9,8 m/s2. Tämä on kuitenkin erityistapaus planeetan pinnalla. Maata kiertäviä kohteita laskettaessa sovelletaan kaavaa v=(GM/R)1/2, jossa v on satelliitin nopeus, G on gravitaatiovakio, M on planeetan massa ja R on etäisyys Maan keskipisteestä. Tämän kaavan perusteella voimme nähdä, että kiertoradalle vaadittava nopeus on yhtä suuri kuin neliöjuuri kohteen etäisyydestä Maan keskipisteestä kertaa painovoiman aiheuttama kiihtyvyys kyseisellä etäisyydellä. Jos siis haluaisimme asettaa satelliitin ympyränmuotoiselle kiertoradalle 500 km:n korkeuteen maan pinnasta (mitä tutkijat kutsuisivat matalaksi Maan kiertoradaksi LEO), sen nopeus olisi ((6,67 x 10-11 * 6,0 x 1024)/(6900000))1/2 eli 7615,77 m/s. Mitä suurempi korkeus, sitä pienempi nopeus tarvitaan kiertoradan säilyttämiseen.
Satelliitin kyky säilyttää kiertoratansa riippuu siis kahden tekijän tasapainosta: sen nopeudesta (eli nopeudesta, jolla se kulkisi suorassa linjassa) ja satelliitin ja sen planeetan, jota se kiertää, välisestä vetovoimasta. Mitä korkeammalla kiertorata on, sitä vähemmän nopeutta tarvitaan. Mitä lähempänä kiertorataa se on, sitä nopeammin sen on liikuttava, jotta se ei putoaisi takaisin Maahan.
Olemme kirjoittaneet Universe Today -lehteen monia satelliitteja käsitteleviä artikkeleita. Tässä on artikkeli keinotekoisista satelliiteista, ja tässä on artikkeli geosynkronisesta kiertoradasta.
Jos haluat lisää tietoa satelliiteista, tutustu näihin artikkeleihin:
Orbitaaliset kohteet
Luettelo geostationaarisella kiertoradalla olevista satelliiteista
Olemme myös nauhoittaneet Astronomy Castin jakson avaruussukkulasta. Kuuntele tästä, jakso 127: Yhdysvaltain avaruussukkula.
