Om de kommer i kredsløb
Det første spørgsmål, man skal tænke på, er måske, hvordan de kommer i kredsløb. Lad os prøve et tankeeksperiment, som først blev foreslået af Sir Isaac Newton selv.
Forestil dig et bjerg på Jordens overflade, der er så stort, at dets top rager ud over Jordens atmosfære (det skal være ca. ti gange så højt som Mount Everest). Lad os antage, at du klatrer op på toppen af dette bjerg og kaster en cricketbold vandret udad. Bolden trækkes af tyngdekraften, så den falder til jorden langs en krum bane.
Lad os antage, at du nu prøver meget hårdere, og at bolden bevæger sig meget længere udad, før den rammer jorden.
Du samler nu alle dine kræfter og formår at kaste bolden så hurtigt, at den flyver udad, og mens den falder, følger dens bane jordens krumning. Bolden følger denne faldbane hele vejen rundt om Jorden. Faktisk er du nødt til at dukke dig, når den kommer forbi efter at have fuldført en bane! Det er lykkedes dig at kaste bolden i kredsløb om Jorden, så den nu er en jordsatellit.
Sæt satellitter i kredsløb
Sæt satellitter i kredsløb involverer de samme slags handlinger og idéer. Først og fremmest placeres satellitten på toppen af en stor raket, der skal bære den væk fra Jorden og op gennem atmosfæren. Når den er i den nødvendige højde, sættes der sideløbende raketstød af den rette styrke ind for at sende satellitten i kredsløb med den rette hastighed.
Hvis satellitten kastes for langsomt ud, vil den falde ned til Jorden, fordi tyngdekraftens centripetale tiltrækningskraft er for stor. Hvis satellitten kastes for hurtigt ud, vil den slippe ud af Jordens bane, fordi tyngdekraften ikke er tilstrækkelig stor til at give den nødvendige centripetalkraft. Med den korrekte opsendelseshastighed fortsætter satellitten i sin faldende bane om Jorden.
Det er blot et spørgsmål om at indstille satellittens horisontale hastighed således, at Jordens tyngdekraft (i den givne højde) trækker den rundt på sin bane.
Når man taler om satellitter med elever, er det ret sandsynligt, at nogen vil stille det (meget gode) spørgsmål:
Cas:
Det korte svar på spørgsmålet er:
Læreren: “Hvad holder satellitten i gang?
Når satellitten opsendes fra bæreraketten, virker et raketstød for at kaste den ud i den ønskede retning med den foreskrevne hastighed. Det afgørende punkt, som man skal forstå her, er, at satellitten kun får fart på, så længe rakettens fremdrift virker. Når raketmotoren er slukket, fortsætter satellitten med den opnåede sluthastighed uden at blive hverken hurtigere eller langsommere, og Jordens tyngdekraft trækker satellitten hele tiden ind i og langs sin bane i kredsløb. I den forstand fortsætter satellitten bare selv.
Hvis satellitten bevægede sig gennem det tomme rum, ville den forblive i sin bane for evigt, da der ikke er nogen kræfter, der virker for at sætte fart på den eller bremse den ned. I virkeligheden bevæger satellitter i lavt kredsløb om Jorden sig ikke gennem det tomme rum og oplever derfor en modstandskraft eller modstandsdygtighed på grund af den tynde atmosfære, som de møder. Under sådanne omstændigheder er det nødvendigt med lejlighedsvise raketstød for at opretholde satellittens bevægelse, da den ellers vil falde til jorden.