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Satelliten-Umlaufbahnen
Einführung
Ein Satellit kann lange auf der gleichen Umlaufbahn bleiben, da die Anziehungskraft der Erde ("Schwerkraft") die Zentrifugalkraft ("Fliehkraft") ausgleicht. Da in der Umlaufbahn der Satelliten außerhalb der Erdatmosphäre kein bremsender Luftwiderstand vorhanden ist, bleibt die Geschwindigkeit des Satelliten in einer stabilen Erdumlaufbahn viele Jahre lang konstant.
Der Einfluss der Schwerkraft verringert sich, je weiter man sich von der Erde entfernt, während die Zentrifugalkraft mit der Geschwindigkeit des Satelliten in der Umlaufbahn steigt. Daher wirkt auf einen Satelliten in erdnaher Umlaufbahn, im Allgemeinen in etwa 800 km Höhe, eine äußerst hohe Anziehungskraft, die durch schnelle Bewegung entlang der Umlaufbahn zur Erzeugung der benötigten Zentrifugalkraft ausgeglichen werden muss. Es gibt also eine direkte Beziehung zwischen dem Abstand zur Erde und der Umlaufgeschwindigkeit eines Satelliten. In einer Höhe von 36.000 km beträgt die Umlaufzeit 24 Stunden und entspricht damit genau der Erdumdrehungszeit. Ein solcher Satellit, der über dem Äquator "steht", bewegt sich also nicht in Bezug auf die Erde, er ist "geostationär".
Die geostationäre Umlaufbahn
Geostationäre Umlaufbahnen in 36.000 km Höhe über dem Äquator sind bekannt für ihren Einsatz von Telekommunikations-Satelliten, u.a. für das Fernsehen. Signale solcher Satelliten können praktisch auf der ganzen Erde empfangen werden. Um ständig Verbindung mit dem Telekommunikations-Satelliten zu haben muss dieser immer in derselben Position gegenüber der Erdoberfläche bleiben also sozusagen "an einem Punkt im Himmels" stehen.
Meteosat und andere Satelliten auf einer geostationären Umlaufbahn
Ein geostationärer Satellit bietet für die Fernerkundung den Vorteil, dass die Erde von ihm immer in der gleichen Perspektive „gesehen“ wird. Das bedeutet, dass man das gleiche Bild in kurzen Zeitintervallen aufnehmen kann. Dies ist zur Beobachtung von Wetterverhältnissen besonders wertvoll.
Ein Nachteil von geostationäre Satelliten ist ihr großer Abstand zur Erdoberfläche, der die technisch machbare Raumauflösung erheblich einschränkt. Dank zahlreicher gleichmäßig um die Erde positionierter Wettersatelliten auf geostationären Umlaufbahnen verfügen wir heute über einen globalen Überblick.
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Sonnensynchrone Umlaufbahnen
Viele Satelliten transportieren passive Sensorsysteme, die mit Sonnenlicht arbeiten. Daher bewegen sie sich in einer polaren Umlaufbahn um die Erde. Bei Messungen des reflektierten Sonnenlichts müssen die Umlaufbahnen dem Tag-Nacht-Rhythmus angepasst sein. Außerdem ist es wichtig, Aufnahmen vergleichen zu können, die zur gleichen Tageszeit gemacht wurden. Zum Vergleich müssen auch die Lichtbedingungen identisch sein. Die Aufnahmen müssen also zur gleichen Ortszeit gemacht werden, damit die Höhe des Sonne über dem Horizont jeweils gleich ist. Auch die Neigung der Satellitenumlaufbahn muss konstant im gleichen Winkel zum Sonnenlicht bleiben. Diese Bedingungen können erfüllt werden, wenn man einen Satelliten auf eine Polumlaufbahn schickt.
Während der Satellit seine Umlaufbahn verfolgt und sich dabei um die Erde dreht, rotiert die Erde ebenfalls um die eigene Achse. Nach jeder kompletten Erdumrundung tastet der Satellit einen neuen Streifen der Erdoberfläche ab. Nach einer gewissen Zahl von Umrundungen hat der Satellit die gesamte Erdoberfläche erfasst. Einige Satelliten arbeiten mit einem breiten Abtastfeld und können die Erde deshalb in nur wenigen Umrundungen völlig erfassen; hochauflösende Satelliten tasten dagegen jeweils nur eine engen Bereich ab und benötigen mehrere Tage, um die gesamte Oberfläche unseres Planeten zu erkunden.
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