Wie halten sich Satelliten im All?

Der kosmische Tanz: Wie bleiben Satelliten im Orbit?

Die scheinbar schwerelose Schwebe von Satelliten im All ist ein faszinierendes Phänomen, das auf einem subtilen Gleichgewicht von Kräften beruht. Der weitverbreitete Irrglaube, Satelliten seien der Erdanziehungskraft entflohen, ist falsch. Im Gegenteil: Die Erdanziehungskraft ist der entscheidende Faktor, der sie auf ihren Bahnen hält. Man könnte es als einen permanenten, kontrollierten Fall bezeichnen.

Stellen Sie sich einen Kanonenball vor, der horizontal abgefeuert wird. Er fällt aufgrund der Schwerkraft zu Boden. Je schneller er jedoch abgefeuert wird, desto weiter fliegt er, bevor er aufschlägt. Ein Satellit ist im Prinzip ein solcher Kanonenball, nur mit enorm hoher Geschwindigkeit. Er wird mit solcher Kraft horizontal abgefeuert, dass die Krümmung der Erde während seines Falls mit seiner Fluggeschwindigkeit übereinstimmt. Er fällt somit ständig um die Erde herum, anstatt auf sie zu fallen.

Diese Geschwindigkeit, die sogenannte Bahngeschwindigkeit, ist abhängig von der Höhe des Satelliten über der Erde. Je niedriger die Umlaufbahn, desto höher muss die Geschwindigkeit sein, um den Gravitationskräften entgegenzuwirken. Eine zu geringe Geschwindigkeit führt zu einem Absturz, eine zu hohe Geschwindigkeit hingegen dazu, dass der Satellit die Erdanziehungskraft überwindet und in den interplanetaren Raum entweicht.

Die Flughöhe bestimmt nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch die Funktion des Satelliten. Geostationäre Satelliten, die in etwa 36.000 Kilometern Höhe über dem Äquator kreisen, bieten ein hervorragendes Beispiel. Ihre Bahngeschwindigkeit ist exakt so abgestimmt, dass sie sich mit der Erdrotation synchronisieren. Aus Sicht eines irdischen Beobachters erscheinen sie deshalb stillstehend – ein entscheidender Vorteil für Anwendungen wie Fernsehen, Wettervorhersage und Telekommunikation, die eine kontinuierliche Verbindung erfordern.

Im Gegensatz dazu umkreisen niedrigfliegende Satelliten (Low Earth Orbit, LEO) die Erde in deutlich geringeren Höhen, beispielsweise zwischen 200 und 2000 Kilometern. Sie benötigen eine höhere Bahngeschwindigkeit, um nicht in die Atmosphäre einzutreten und zu verglühen. Ihre kürzere Umlaufzeit ermöglicht zwar eine höhere räumliche Auflösung bei Erdbeobachtungssystemen, führt aber auch zu einer häufigeren Überquerung bestimmter Gebiete.

Die Bahn eines Satelliten ist jedoch nicht statisch. Der Luftwiderstand in geringen Höhen, die Gravitationskräfte von Sonne und Mond sowie die unregelmäßige Verteilung der Erdmasse (“Geoid”) beeinflussen die Umlaufbahn und erfordern gelegentlich Korrekturmanöver durch Bordtriebwerke, um die gewünschte Flugbahn aufrechtzuerhalten.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Der scheinbar magische Schwebezustand von Satelliten ist das Ergebnis eines präzisen Gleichgewichts zwischen der Erdanziehungskraft und der horizontalen Geschwindigkeit des Satelliten. Die genaue Höhe und Geschwindigkeit bestimmen die Funktion und Lebensdauer des Satelliten in seinem kosmischen Tanz um unseren Planeten.