Bilde av en satellitt Satellitter.no
Simplicatus

Satellittbaner

Fra Kepler til Newton
Astronomen Johannes Kepler regnes som en av pionerene innen den moderne naturvitenskapen. Han var den første som oppdaget at planetene i solsystemet beveger seg i elliptiske baner med sola i det ene brennpunktet. Kepler beskrev planetbanene, men klarte ikke å gi noen forklaring på planetenes bevegelse. Det var Isaac Newton som ved å formulere gravitasjonsloven klarte å forklare banene matematisk. Gravitasjonsloven forteller oss at alle masser virker på hverandre med gravitasjonskrefter, og det er denne kraften som holder planetene i bane rundt sola. På samme måte er det gravitasjonskraften som holder satellittene i elliptiske baner rundt jorda.

Perigeum og apogeum for en satellitt i elliptisk bane rundt jorda.
Perigeum og apogeum for en satellitt i elliptisk bane rundt jorda.

En satellitts totale energi (potensiell og kinetisk) vil alltid være bevart. Det vil si at det er et fast forhold mellom satellittens hastighet og høyde over jorda. Når satellitten er i punktet som ligger lengst unna jorda, også kalt apogeum, har den maksimal potensiell energi. For at energien skal være bevart, blir hastigheten lavest i dette punktet. Nærmest jorden, i perigeum, blir det motsatt.

Visste du at..?
Det er kun avstanden til jorda (og ikke for eksempel satellittens masse) som bestemmer satellittens hastighet.

Tilbake til toppen


Banetyper

Valg av baner
Satellitter kan gå i mange forskjellige baner. De kan være sterkt elliptiske eller nesten sirkulære, høye eller lave. Når man skal velge hvilen bane satellitten skal ha, er det mange faktorer å ta hensyn til. For det første må man huske på at brukerne av satellitten befinner seg på jorda som hele tiden roterer rundt sin egen akse. Satellittens bruksområde er avgjørende når man skal velge hva slags bane den skal ha. En satellitt i høy bane vil kunne dekke store deler av jordoverflata, mens en satellitt i lav bane vil bruke mindre effekt for å dekke et mindre område, i tillegg til å ha god oppløsning og detaljrikdom. For å unngå luftmotstand og at satellittene skal brenne opp, er det nødvendig å velge baner som ligger høyere enn atmosfæren og utenfor van Allenbeltene. Det øvre og det nedre Van Allenbeltet er områder med stor konsentrasjon av høyenergetiske partikler fra solvinden, som har blitt fanget opp av jordas magnetfelt. I disse beltene vil satellittene bli utsatt for sterk partikkelstråling som blant annet kan ødelegge solcellepanelene.

Visste du at..?
De fleste satellittene som brukes til å overføre TV-signaler befinner seg i en avstand som er 1/6 av avstanden til månen.
Syncom
NASA sendte opp verdens første geostasjonære
satellitt, Syncom, på 1960-tallet. (Foto: NASA)

Geostasjonær bane
Geostasjonære satellitter beveger seg i sirkulære baner i ekvatorplanet. Omløpstiden er på 24 timer, slik at satellitten hele tiden står i ro over samme punkt på jordoverflata. Satellittene har en høyde på ca 36 000 km over jordoverflata og en banehastighet på ca 3000 m/s. Siden satellittene hele tiden står i ro over samme sted på jorda, kan vi rette en antenne i en bestemt retning og alltid ha kontakt med satellitten. Det gjør at geostasjonære satellitter er spesielt egnet til kommunikasjon og TV-sendinger.

8-tallsbevegelse
8-tallsbevegelse som skyldes nord-sør
og øst-vest drift av geostasjonær satellitt.
For å få god utnyttelse av satellittene, er det viktig at de holdes mest mulig på plass. Fordi jordmassen ikke er jevnt fordelt, blir geostasjonære satellitter utsatt for en øst-vest drift som gir en slags pendelbevegelse. Satellittene er også utsatt for gravitasjonskrefter fra sola og månen. Det gir en nord-sør drift som resulterer i en endring av baneplanets vinkling. En stor del av massen til satellitten er drivstoff som brukes til å motvirke disse driftene og til sammen får satellitten en tilsynelatende 8-tallsbevegelse. Antenne på satellittene sender ut radiosignal med en viss effekt. Denne effekten gir opphav til en mekanisk kraft som bidrar til forstyrrelse av satellittens bane. For TV-satellitter med høy sendeeffektivitet, kan vi ikke se bort fra denne kraften. TV-satellitter er ofte utstyrt med store solcellepaneler, og strålingstrykk fra absorbert og reflektert solstråling på solcellepanelene gir en tilsvarende kraft på satellitten.

Polar bane
En satellitt i polar bane beveger seg i sirkelbaner over jordens poler. Høyden på disse banene er ofte mellom 800 og 900 km over jordoverflaten. Det gir en omløpstid på ca 100 minutter, det vil si 14 omløp i løpet av ett døgn. Fordelen med disse satellittene er at en enkelt satellitt med tiden kan dekke hele jordkloden. Det gjør at satellittene egner seg godt til oppmåling, kartlegging, navigasjon og overvåkning. Ulempen med å bruke satellitter i polare baner, er at de blir utsatt for sterk partikkelstrøm fra sola når de passerer over nord- og sørpolen.

Fordi jorda roterer om sin egen akse, er den litt flattrykt ved polene. Det gjør at satellitter i polare baner får en dreining av baneplanet. Ved å utnytte denne dreiningen riktig, er det mulig å få såkalte solsynkrone satellitter. Dette er satellitter som alltid passerer over et sted på jorden til samme lokale tid på dagen. Solbelysningen på jordoverflata blir da nesten konstant (samme vinkel) og energitilførselen (belysningen på solcellepanelene) blir lik for hvert omløp. Solsynkrone satellitter er derfor spesielt egnet til bruk ved jordobservasjoner.

Lav bane
Satellitter som beveger seg i lave baner (Low Earth Orbit, LEO), går i tilnærmet sirkelbaner rundt jorda. Disse banene har en høyde på ca. 200 til 1500 km over jordoverflata. Banehøydene er begrenset nedad av friksjon i atmosfæren og oppad av det nedre van Allenbeltet. De lave banene gjør at satellittene får stor hastighet og kan passerer over et punkt på jordoverflata flere ganger i døgnet. Satellitter som brukes til forskning, jordobservasjon og kommunikasjon benytter lave kretsløp.

Middels høy bane
Satellitter med høyde fra ca 10 000 til 20 000 km over jordoverflata, beveger seg i middels høye baner (Medium Earth Orbit, MEO). Disse banene befinner seg mellom det nedre og det øvre van Allen beltet. Satellitter i middels høye baner brukes til navigasjon og GPS

Høy bane
Satellitter i høye baner (High Earth Orbit, HEO) kretser rundt jorda med en høyde på over 20 000 km. Banene er nesten sirkulære og banehøyden er begrenset nedad av det øvre van Allen besltet. Satellitter i disse banene benyttes til kommunikasjon.

Illustrasjon av banetyper
Geostasjonær bane (GEO), høy bane (HEO), middels bane (MEO) og lav bane (LEO). (Illustrasjon: Odd Gutteberg)

Elliptisk bane
Noen satellitter beveger seg i sterkt elliptiske baner. Da varierer satellittens høyde mellom for eksempel 200 og 40 000 km innen for samme omløp. For å kunne dekke de nordligste og sørligste delene av kloden, må en velge elliptiske baner som står på skrå i forhold til ekvator. Mange militære satellitter følger elliptiske baner.

I sterkt elliptiske baner, vil det være stor forskjell i hastigheten i apogeum og perigeum (på grunn av energibevaring). Molniya er en gruppe russiske kommunikasjonssatellitter som utnytter dette. Perigeum i disse banene er på ca 500 km (lav bane), mens apogeum ligger 40 000 km over jordoverflata. Ved å velge riktig helning på banen, vil satelittene befinne seg over russiske områder det meste av tiden.

Tilbake til toppen


Satellittdød

Satellitten bruker drivstoff til å holde seg i riktig bane. Når drivstoffet er brukt opp, vil banen hele tiden endres og satellitten kan ikke lenger brukes. Alle satellittene som går i bane rundt jorda vil en eller annen gang falle ned i jordas atmosfære og brenne opp. Satellittenes levetid (hvor lenge den kretser rundt jorda) er avhengig av høyden på banen. Jo lenger unna jorda satellitten er, jo lenger er levetiden. Satellitter i lave baner har levetid som kan variere fra noen dager til noen år, mens geostasjonære satellitter har en levetid på flere millioner år. Satellitter som ikke lenger er operative, men som fortsatt kretser rundt jorda, utgjør en stor del av det som kalles romsøppel eller debris. Debris utgjør en fare for andre satellitter siden de kan bli skadet ved kollisjoner.

Romsøppel Romsøppel
Trangt om plassen i bane rundt jorda. (Illustrasjon: ESA)
Visste du at..?
Ca. 95 % av alle objektene i bane rundt jorda er satellitter som ikke lenger er i bruk.

Tilbake til toppen

Logofoto: NASA/JPL-Caltech.