Een kunstmatige satelliet is een wonder van technologie en techniek. Het enige dat in technologisch opzicht met dit huzarenstukje te vergelijken is, is de wetenschappelijke kennis die nodig is om er een in een baan om de aarde te brengen en te houden. Bedenk eens wat wetenschappers moeten begrijpen om dit mogelijk te maken: eerst is er de zwaartekracht, dan een uitgebreide kennis van de fysica, en natuurlijk de aard van de banen zelf. Dus eigenlijk is de vraag hoe satellieten in een baan blijven een multidisciplinaire vraag waar veel technische en academische kennis bij komt kijken.
Eerst, om te begrijpen hoe een satelliet in een baan om de Aarde komt, is het belangrijk te begrijpen wat een baan inhoudt. Johann Kepler was de eerste die de wiskundige vorm van de banen van planeten nauwkeurig beschreef. Terwijl men dacht dat de banen van planeten om de zon en de maan om de aarde perfect cirkelvormig waren, stuitte Kepler op het concept van elliptische banen. Om in een baan rond de aarde te blijven, moet een object voldoende snelheid hebben om zijn weg terug te volgen. Dit geldt net zo goed voor een natuurlijke als voor een kunstmatige satelliet. Uit de ontdekking van Kepler konden wetenschappers ook afleiden dat hoe dichter een satelliet bij een object is, hoe sterker de aantrekkingskracht is, en dat hij dus sneller moet reizen om zijn baan te behouden.
Daarna komt het begrip van de zwaartekracht zelf. Alle voorwerpen bezitten een gravitatieveld, maar alleen bij bijzonder grote voorwerpen (d.w.z. planeten) wordt deze kracht gevoeld. In het geval van de aarde is de gravitatiekracht berekend op 9,8 m/s2. Dat is echter een specifiek geval aan het oppervlak van de planeet. Bij de berekening van voorwerpen in een baan om de Aarde geldt de formule v=(GM/R)1/2, waarbij v de snelheid van de satelliet is, G de gravitatieconstante, M de massa van de planeet, en R de afstand tot het middelpunt van de Aarde. Op basis van deze formule kunnen we zien dat de snelheid die nodig is voor een baan om de aarde gelijk is aan de vierkantswortel van de afstand van het object tot het middelpunt van de aarde maal de versnelling ten gevolge van de zwaartekracht op die afstand. Dus als we een satelliet in een cirkelvormige baan op 500 km boven het aardoppervlak willen brengen (wat wetenschappers een Low Earth Orbit LEO zouden noemen), dan zou deze een snelheid nodig hebben van ((6,67 x 10-11 * 6,0 x 1024)/(6900000))1/2 of 7615,77 m/s. Hoe groter de hoogte, hoe minder snelheid nodig is om de baan te behouden.
Dus eigenlijk komt het vermogen van een satelliet om zijn baan te behouden neer op een evenwicht tussen twee factoren: zijn snelheid (of de snelheid waarmee hij in een rechte lijn zou reizen), en de gravitatiekracht tussen de satelliet en de planeet waar hij omheen draait. Hoe hoger de omloopbaan, hoe minder snelheid nodig is. Hoe dichter bij de baan, hoe sneller hij moet bewegen om ervoor te zorgen dat hij niet terugvalt naar de aarde.
We hebben veel artikelen over satellieten geschreven voor Universe Today. Hier is een artikel over kunstmatige satellieten, en hier is een artikel over geosynchrone omloopbaan.
Als u meer informatie over satellieten wilt, bekijk dan deze artikelen:
Orbitale objecten
Lijst van satellieten in een geostationaire baan
We hebben ook een aflevering van Astronomy Cast opgenomen over de space shuttle. Luister hier, Aflevering 127: De US Space Shuttle.
