Wie umkreisen Satelliten die Erde?

Satelliten sind bis zu einem gewissen Grad „mysteriöse“ Objekte. Sie reisen in den Weltraum, der sich wie ein exotischer Ort anfühlt, weil die meisten von uns noch nie dort waren. Sie sind so weit weg, dass wir sie nicht sehen können. Sie kosten normalerweise Millionen oder Milliarden von Dollar, was bedeutet, dass keiner von uns jemals einen persönlich besitzen wird. Und so weiter …

Orbitalmechanik kann auch mysteriös sein, weil es für uns keine einfache Möglichkeit gibt, Orbitalmechanik persönlich zu erleben. Mit ein wenig Fantasie können Sie jedoch die Grundidee der Orbitalmechanik sehr leicht verstehen. Es stellt sich heraus, dass wir die ganze Zeit mit Orbitalmechanik spielen!

Denken Sie darüber nach, was passiert, wenn Sie einen Ball werfen. Stellen Sie sich vor, Sie stehen auf einem großen Feld und werfen einen Baseball so hart wie möglich – wie ein Krug. Der Ball könnte 100 Fuß (30 Meter) gehen und dann den Boden treffen. Sie setzen den Ball in die Umlaufbahn – Es ist nur so, dass die Umlaufbahn eines Balls sehr kurz ist!

Stellen Sie sich nun vor, Sie hätten ein Gewehr gerade und eben geschossen, anstatt einen Ball zu werfen. Die Kugel könnte eine Meile (1,6 km) zurücklegen, bevor sie der Schwerkraft erliegt und auf den Boden trifft.

Stellen Sie sich nun vor, Sie schießen eine sehr große Kanone, die ihrer Granate eine extrem hohe Anfangsgeschwindigkeit verleihen kann. Stellen Sie sich auch vor, dass unsere Welt vollständig mit Wasser bedeckt ist, um Sorgen um Hügel zu beseitigen, und dass die Kanone gerade und eben geschossen wird. Sein Pfad könnte wie das Bild rechts aussehen.

In diesem Diagramm können Sie sehen, dass die Schale weit genug geht, um tatsächlich der Kurve der Erde für eine gewisse Zeit zu folgen, bevor sie auf den Boden trifft.

Eine Sache, die diese Beispiele kaugummiert, ist der Luftwiderstand, also stell dir vor, du nimmst diese Kanone zum Mond und montierst sie auf dem höchsten Berg. Der Mond hat keine Atmosphäre und ist vollständig vom Vakuum des Weltraums umgeben. Wenn Sie die Geschwindigkeit der Granate genau richtig einstellen und die Kanone abschießen würden, würde die Granate der Mondkurve perfekt folgen. Es würde genau mit der gleichen Geschwindigkeit fallen, mit der die Kurve des Mondes von ihm wegfällt, so dass es niemals den Boden berühren würde. Schließlich würde es den ganzen Weg um den Mond krümmen und direkt in die Rückseite der Kanone rammen! Auf dem Mond könnte man tatsächlich Satelliten in extrem niedrigen Umlaufbahnen haben – nur ein oder zwei Meilen über dem Boden, um die Berge zu meiden. Und Satelliten könnten denkbar von Kanonen gestartet werden.

Auf der Erde ist es nicht so einfach, weil Satelliten über die Atmosphäre und in das Vakuum des Weltraums steigen müssen, um für längere Zeit in die Umlaufbahn zu gelangen. 200 Meilen (320 km) sind ungefähr das Minimum, um atmosphärische Störungen zu vermeiden. Das Hubble-Weltraumteleskop umkreist in einer Höhe von 380 Meilen (600 km) oder so. Aber das Prinzip ist genau das gleiche. Die Geschwindigkeit des Satelliten wird so eingestellt, dass er mit der gleichen Geschwindigkeit auf die Erde fällt, mit der die Erdkurve vom Satelliten wegfällt. Der Satellit fällt ständig, aber er trifft nie den Boden!

Hier sind einige interessante Links: