En konstgjord satellit är ett underverk av teknik och ingenjörskonst. Det enda som kan jämföras med den tekniska bedriften är den vetenskapliga kunskap som krävs för att placera och hålla en satellit i omloppsbana runt jorden. Tänk bara på vad vetenskapsmännen måste förstå för att detta ska kunna ske: först finns det gravitationen, sedan en omfattande kunskap om fysik, och naturligtvis själva banornas natur. Så frågan om hur satelliter håller sig i omloppsbana är egentligen en tvärvetenskaplig fråga som inbegriper mycket teknisk och akademisk kunskap.
För att förstå hur en satellit håller sig i omloppsbana runt jorden är det först och främst viktigt att förstå vad en omloppsbana innebär. Johann Kepler var den förste som noggrant beskrev den matematiska formen för planeternas banor. Medan man trodde att planeternas banor runt solen och månens banor runt jorden var perfekt cirkulära, kom Kepler på begreppet elliptiska banor. För att ett föremål ska kunna hålla sig i en bana runt jorden måste det ha tillräcklig hastighet för att kunna följa sin bana. Detta gäller både för en naturlig och en konstgjord satellit. Från Keplers upptäckt kunde forskarna också dra slutsatsen att ju närmare en satellit befinner sig ett objekt, desto starkare är attraktionskraften, och därför måste den färdas snabbare för att kunna hålla sig i omloppsbana.
Nästan kommer förståelsen av själva gravitationen. Alla objekt har ett gravitationsfält, men det är bara när det gäller särskilt stora objekt (dvs. planeter) som denna kraft känns. I jordens fall beräknas gravitationens dragningskraft till 9,8 m/s2. Detta är dock ett specifikt fall vid planetens yta. Vid beräkning av objekt i omloppsbana runt jorden gäller formeln v=(GM/R)1/2, där v är satellitens hastighet, G är gravitationskonstanten, M är planetens massa och R är avståndet från jordens centrum. Med hjälp av denna formel kan vi se att den hastighet som krävs för en omloppsbana är lika med kvadratroten av avståndet från objektet till jordens centrum gånger gravitationsaccelerationen på detta avstånd. Om vi vill placera en satellit i en cirkulär omloppsbana på 500 km över jordytan (det som forskarna kallar Low Earth Orbit LEO) behöver den alltså en hastighet på ((6,67 x 10-11 * 6,0 x 1024)/(6900000))1/2 eller 7615,77 m/s. Ju större höjd desto mindre hastighet behövs för att bibehålla omloppsbanan.
Så egentligen beror en satellits förmåga att bibehålla sin omloppsbana på en balans mellan två faktorer: dess hastighet (eller den hastighet med vilken den skulle färdas i en rak linje) och gravitationskraften mellan satelliten och planeten den kretsar kring. Ju högre omloppsbana desto mindre hastighet krävs. Ju närmare omloppsbanan, desto snabbare måste den röra sig för att inte falla tillbaka till jorden.
Vi har skrivit många artiklar om satelliter för Universe Today. Här finns en artikel om konstgjorda satelliter och här finns en artikel om geosynkrona banor.
Om du vill ha mer information om satelliter kan du läsa de här artiklarna:
Orbitala objekt
Lista över satelliter i geostationär omloppsbana
Vi har också spelat in ett avsnitt av Astronomy Cast om rymdfärjan. Lyssna här, avsnitt 127: Den amerikanska rymdfärjan.
