Satelittbanar
I denne artikkelen snakkar vi om kunstige satelittar som går i bane rundt jorda, dvs såkalte geosentriske banar. (For planetbanar, les om planetbevegelsar) Bildet under viser ein del satelittbanar. (Klikk på bildet for ein større versjon). Den raude prikka linja representerer banen til den internasjonale romstasjonen ISS, cyan representerer lave jordbanar, gult representerer middels høge jordbanar, og den svarte prikka linja ytterst representerer geosynkrone banar. Den grøne prikka linja representerer banane til GPS-satellittane.
Geosynkron bane
Ein bane med eksakt same omløpstid som som jorda (23 timar 56 minutt og 4 sekund) kallast ein geosynkron bane. Det betyr at ein satelitt sett frå jorda vil ha omtrent same posisjon på himmelen. I løpet av eit døgn vil den tegna ein kurve på himmelen som typisk ser ut som eit åttetal, men formen vil vera avhengig av satelittbanens inklinasjon og eksentrisitet. Ein sirkulær geosynkron bane har ein radius på 42 164 km frå jordsenteret, eller omlag 35,786 km over havnivået.
Geostasjonær bane (Clarke-bane)
Hvis satelittbanen er sirkulær, geosynkron, og i tilllegg kretsar i same plan som jordens ekvator, så kallast den geostasjonær. Satelitten vil då ha den same posisjonen på himmelen gjennom heile døgnet. Slike banar blir ofte nytta for telekomunikasjonssatelittar. Ein heilt stabil geostasjonær bane er ikkje mulig, fordi faktorar som solvinden, variasjonar i jordens gravitasjonsfelt, påvirkning frå månen osv. påvirkar banen. Dermed må ein bruka små rakettdyser (thrusters) for å halda satelitten i riktig bane.
Inndeling etter høgde:
Lav jordbane
I prinsippet har ein lav jordbane banehøgde frå bakken og opp til til 2,000 km, men i praksis; vil objekt under 160 km tapa høgde veldig fort pga luftmotstand. Den lavaste banen som ein gjenstand kan gjennomføra eit omløp uten motor er omtrent 150 km. Både den intenasjonale romstasjonen ISS (sjå nedanfor) og andre bemanna romstasjonar er i lave jordbaner. Også romferja, romteleskopet Hubble og dei fleste andre satelittar er i lave jordbaner.
Middels høg jordbane
Banar frå 2,000 km og opp til akkurat under den geosynkrone banen på 35,786 km kallast middels høge jordbanar. Vanlig bruk er satelittar for navigasjon, kommunikasjon og miljøovervåking. Den vanligaste høgda er rundt 20 200 km som gir ein omløpsperiode på 12 timar, slik som GPS-satelittane. Andre satelittar er Galileo som befinn seg i 23,222 km høgde og Glonass i ca 19 130 km høgde.
Høg jordbane
Dette er banar som er over den geosynkrone banen, og har ei omløpstid på meir einn 24 timar. Av den grunn vil disse ha ein retrograd bevegelse på himmelen.
Overføringsbanar.
Ein elliptisk bane som blir brukt for å frakta ein satelitt eller eit romfartøy frå ein bane til ein annan, kallast ein overføringsbane. Generelt kan den sjå slik ut:
Men denne måten å gjera det på er ganske kostbar i form av energi. Ein betre måte å gjera det på er å bruka ein Hohman-overføringsbane. Den er ein halv ellipsebane (bane 2 i gult på figuren) som er slik at den nærmaste delen av ellipsen fell saman med den banen som ein vil forlata (bane 1 på figuren avmerka i grønt) og den fjernaste fell saman med den banen ein vil opp i (bane 3 i rødt). For å få dette til bruker ein to kortvarige motorimpulsar: ein for å få den inn i overføringsbanen, og ein for å få den ut. For å gjera disse impulsane korte bruker ein motorar med stor kraft. Merk at begge gongene må satelitten akselererast.
Eksempel: Vi startar frå ein geostasjonær bane med radius r1 =
6,678 km (høgde 300 km) og sluttar i ein annan geostasjonær bane med
radius r2 = 42,164 km (høgde 35,786 km). Formlane som vi treng for denne utrekninga kan du finna i
artikkelen Mekanisk energi i tyngdefeltet.
I den indre banen er hastigheten 7.73 km/s, og i den store er den 3.07 km/s.
I den elliptiske overføringsbanen varierer farten mellom 10.15 km/s i
perigeum (nærmast jorda) og 1.61 km/s i apogeum (lengst borte).
Fartsendringen Δv for dei to avfyringane er då 10.15 − 7.73 = 2.42 og 3.07 −
1.61 = 1.46 km/s, totalt 3.88 km/s. Sjå også Delta v-kalkulatoren for liknande utrekningar.
Ein geostasjonær overføringsbane er ein Hohman-overføringsbane som er geostasjonær. Det fins ein endå meir energieffektiv måt enn Hohman-metoden, som kallast bi-elliptisk overføring.
Romstoff:
Det er fryktelig mykje rart som svever omkring rundt jorda. Her kan du sjå ein fascinerande 3D-animasjon som viser deg dette. Mykje av dette er romsøppel, men av det meir nyttige slaget kan vi nevna:
* Den internasjonale romstasjonen ISS har sidan 1998 kretsa i ein lav jordbane som er svakt eksentrisk, og i ein høyde som i skrivande stund er på ca 409 km men den vil altså variera over eit omløp. I tillegg vil gjennomsnittshøyden minka med ca 2km per månad, og må derfor regelmessig justerast. Banen har ein inklinasjon på 51.64 grader og ISS har ein omløpsperiode på 92.65 minutt. Banehastigheten er ca 7.67 km/s. Du kan sjå ISS sin eksakte posisjon og fart vha ISS-tracker.
* Global Positioning System (GPS)-satelittane går i bane i ca 20 200 km høgde. Kvar satelitt har to daglige omløp. I skrivande stund er det 27 satelittar, og dei er plassert slik at det skal vera mulig å sjå minst fire frå kvart punkt på jorda. Les meir om dette her.
* Rometelskopet Hubble er i ein lav jordbane i ei høgde på mellom 539 km og 543 km. Den har ein fart på ca. 7.6 km/s og bruker 95.5 minutt på eit omløp.