Wie hält sich ein Satelliten in der Umlaufbahn?

Wie halten sich Satelliten in der Erdumlaufbahn?

Satelliten, künstliche Objekte, die die Erde umkreisen, sind wesentliche Instrumente für Kommunikation, Navigation und Erdbeobachtung. Sie schweben scheinbar mühelos im Weltraum, aber wie schaffen sie es, ihren Orbit aufrechtzuerhalten?

Gleichgewicht zwischen Schwerkraft und Trägheit

Die Umlaufbahn eines Satelliten wird durch zwei Hauptkräfte aufrechterhalten: die Schwerkraft der Erde und die Trägheit des Satelliten. Die Schwerkraft wirkt wie ein unsichtbarer “Faden”, der den Satelliten zur Erde zieht. Die Trägheit ist das Bestreben eines Objekts, sich in eine gerade Linie zu bewegen.

Tangentialgeschwindigkeit

Um im Orbit zu bleiben, muss ein Satellit eine bestimmte Tangentialgeschwindigkeit aufrechterhalten, d. h. eine seitliche Geschwindigkeit, die parallel zur Oberfläche der Erde verläuft. Diese Geschwindigkeit verhindert, dass der Satellit aufgrund der Schwerkraft zur Erde stürzt.

Analog zu einem rotierenden Eimer an einer Schnur: Wenn der Eimer langsamer wird, sinkt er ab, da die Schwerkraft die Drehbewegung überwindet. Wenn er jedoch mit einer ausreichenden Geschwindigkeit rotiert, bleibt er aufgrund der Zentrifugalkraft in der Luft.

Ellipsenförmige Umlaufbahnen

Die meisten Satelliten befinden sich auf elliptischen Umlaufbahnen. Dies bedeutet, dass sich ihr Abstand zur Erde im Laufe ihrer Umlaufbahn ändert. Am niedrigsten Punkt ihrer Umlaufbahn (Perigäum) sind sie der Erde am nächsten und am höchsten Punkt (Apogäum) am weitesten entfernt.

Bahngeschwindigkeit

Die erforderliche Umlaufgeschwindigkeit hängt von der Höhe des Satelliten über der Erdoberfläche ab. Niedrigere Satelliten benötigen höhere Geschwindigkeiten, um der stärkeren Schwerkraft zu widerstehen. Ein Satellit in einer Höhe von etwa 200 km muss sich mit rund 28.000 km/h bewegen, um im Orbit zu bleiben.

Weitere Faktoren

Neben der Schwerkraft und der Trägheit können auch andere Faktoren die Umlaufbahn eines Satelliten beeinflussen, wie z. B.:

• Atmosphärischer Widerstand: Die dünne Atmosphäre der Erde kann einen leichten Widerstand auf Satelliten ausüben und ihre Umlaufbahn leicht verlangsamen.
• Sonneneinstrahlung: Der Druck des Sonnenlichts kann Satelliten leicht antreiben und ihre Umlaufbahn geringfügig verändern.
• Gezeitenkräfte: Die Gravitationskräfte des Mondes und der Sonne können die Umlaufbahnen von Satelliten geringfügig stören.

Im Allgemeinen bleiben Satelliten in der Umlaufbahn, weil die Schwerkraft der Erde und die Trägheit des Satelliten ein Gleichgewicht erzeugen. Durch die Aufrechterhaltung einer ausreichenden Tangentialgeschwindigkeit widersteht der Satellit der Schwerkraft und schwebt weiterhin in seinem Orbit.