Een kunstmatige satelliet is een wonder van technologie en techniek. 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 echt, de vraag hoe satellieten in een baan blijven, is een multidisciplinaire kwestie die veel technische en academische kennis met zich meebrengt.
Ten eerste, om te begrijpen hoe een satelliet om de aarde draait, is het belangrijk om te begrijpen wat de 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 rond de zon en de maan rond de aarde perfect cirkelvormig waren, stuitte Kepler op het concept van elliptische banen. Om een object in een baan rond de aarde te houden, moet het voldoende snelheid hebben om zijn pad te volgen. Dit geldt zowel voor een natuurlijke satelliet als voor een kunstmatige satelliet. Uit de ontdekking van Kepler konden wetenschappers ook concluderen dat hoe dichter een satelliet bij een object is, hoe sterker de aantrekkingskracht is, en daarom moet hij sneller reizen om zijn baan te behouden.
Vervolgens komt een begrip van de zwaartekracht zelf. Alle objecten hebben een zwaartekrachtsveld, maar alleen bij bijzonder grote objecten (d.w.z. planeten) wordt deze kracht gevoeld. In het geval van de aarde wordt de zwaartekracht berekend tot 9,8 m / s2. Dat is echter een specifiek geval aan de oppervlakte van de planeet. Bij het berekenen van objecten in een baan om de aarde, is de formule v = (GM / R) 1/2 van toepassing, waarbij v de snelheid van de satelliet is, G de zwaartekrachtconstante is, M de massa van de planeet is en R de afstand is van het middelpunt van de aarde. Als we op deze formule vertrouwen, kunnen we zien dat de snelheid die nodig is voor een baan gelijk is aan de vierkantswortel van de afstand van het object tot het middelpunt van de aarde maal de versnelling als gevolg van de zwaartekracht op die afstand. Dus als we een satelliet in een cirkelvormige baan op 500 km boven het oppervlak zouden willen plaatsen (wat wetenschappers een Low Earth Orbit LEO zouden noemen), zou het 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 in feite komt het vermogen van een satelliet om zijn baan te behouden neer op een balans tussen twee factoren: zijn snelheid (of de snelheid waarmee hij in een rechte lijn zou reizen) en de zwaartekracht tussen de satelliet en de planeet die hij draait. Hoe hoger de baan, hoe minder snelheid nodig is. Hoe dichter de baan, hoe sneller hij moet bewegen om te voorkomen dat hij terugvalt naar de aarde.
Voor Space Magazine hebben we veel artikelen over satellieten geschreven. Hier is een artikel over kunstmatige satellieten en hier is een artikel over een geosynchrone baan.
Bekijk deze artikelen voor meer informatie over satellieten:
Orbitale objecten
Lijst van satellieten in een geostationaire baan
We hebben ook een aflevering van Astronomy Cast opgenomen over de spaceshuttle. Luister hier, aflevering 127: The US Space Shuttle.
Bronnen:
http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite
http://science.howstuffworks.com/satellite6.htm
http://www.bu.edu/satellite/classroom/lesson05-2.html
http://library.thinkquest.org/C007258/Keep_Orbit.htm#
