Mit welcher Geschwindigkeit fliegen Satelliten, um ihre Bahn zu halten?

Das kosmische Geschwindigkeitslimit: Wie schnell müssen Satelliten fliegen?

Die Vorstellung, ein tonnenschweres Gerät in der Erdumlaufbahn zu halten, mag paradox erscheinen. Doch Satelliten schweben nicht einfach “dort oben”, sondern befinden sich in einem permanenten freien Fall – einem Fall, der durch ihre enorme Geschwindigkeit geschickt gesteuert wird. Diese Geschwindigkeit ist entscheidend, um die Anziehungskraft der Erde auszugleichen und eine stabile Umlaufbahn zu gewährleisten. Aber wie schnell müssen diese künstlichen Monde eigentlich fliegen?

Die Antwort ist: Es kommt auf die Höhe an. Die Geschwindigkeit eines Satelliten ist nicht konstant, sondern abhängig von der Entfernung zum Erdmittelpunkt. Je näher er der Erde ist, desto schneller muss er sich bewegen, um den gravitativen Sog zu überwinden und nicht in die Atmosphäre einzustürzen. Umgekehrt gilt: Je weiter entfernt ein Satellit ist, desto geringer ist seine benötigte Bahngeschwindigkeit.

Ein oft genanntes Beispiel ist eine geostationäre Umlaufbahn in etwa 36.000 Kilometern Höhe. Satelliten in dieser Höhe benötigen eine deutlich geringere Geschwindigkeit als solche in niedrigen Erdumlaufbahnen (LEO). Ihre Geschwindigkeit beträgt etwa 3,1 km/s (11.000 km/h). Diese langsame Geschwindigkeit im Vergleich zu LEO-Satelliten erklärt auch, warum geostationäre Satelliten scheinbar an einem Punkt im Himmel “stehen” bleiben – ihre Umlaufzeit stimmt mit der Erdrotation überein.

Im Gegensatz dazu erreichen Satelliten in niedrigen Erdumlaufbahnen, beispielsweise in etwa 300 Kilometern Höhe, Geschwindigkeiten von ca. 7,8 km/s (28.000 km/h). Diese enorme Geschwindigkeit ist notwendig, um dem starken gravitativen Zug der Erde entgegenzuwirken. Ein geringeres Tempo würde dazu führen, dass der Satellit allmählich seine Höhe verliert und schließlich in die Atmosphäre eintreten und verglühen würde. Umgekehrt würde eine höhere Geschwindigkeit den Satelliten aus seiner Umlaufbahn schleudern und ihn ins Weltall hinauskatapultieren.

Die Berechnung der notwendigen Geschwindigkeit ist ein komplexes physikalisches Problem, das Keplersche Gesetze und Newtonsches Gravitationsgesetz berücksichtigt. Dabei spielen Faktoren wie die Masse der Erde, die Masse des Satelliten und die Höhe der Umlaufbahn eine entscheidende Rolle. Auch die Form der Umlaufbahn (kreisförmig oder elliptisch) beeinflusst die Geschwindigkeit. Elliptische Bahnen führen zu Schwankungen der Geschwindigkeit, wobei der Satellit am schnellsten am erdnächsten Punkt (Perigäum) und am langsamsten am erdfernsten Punkt (Apogäum) ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Geschwindigkeit, mit der ein Satellit seine Umlaufbahn hält, ist kein fester Wert, sondern eine dynamische Größe, die eng mit der Bahnhöhe und der Form der Umlaufbahn verknüpft ist. Es ist ein faszinierendes Zusammenspiel aus Gravitationskraft und Geschwindigkeit, das das scheinbar schwerelose Schweben dieser technischen Wunderwerke im Weltall ermöglicht.