Pályára kerülés
Az első kérdés, amin el kell gondolkodni, talán az, hogy egyáltalán hogyan kerülnek pályára. Próbáljunk ki egy gondolatkísérletet, amelyet először maga Sir Isaac Newton javasolt.
Képzeljünk el egy hegyet a Föld felszínén, amely olyan nagy, hogy a csúcsa kilóg a Föld légköre fölé (körülbelül tízszer olyan magasnak kellene lennie, mint a Mount Everest). Tegyük fel, hogy felmászunk ennek a hegynek a tetejére, és vízszintesen kifelé dobunk egy krikettlabdát. A labdát a gravitáció úgy húzza, hogy az egy görbe pályán esik a földre.
Tegyük fel, hogy most sokkal erősebben próbálkozol, és a labda sokkal messzebbre repül kifelé, mielőtt a földre ér.
Most minden erődet összeszeded, és sikerül olyan gyorsan eldobnod a labdát, hogy az kifelé repül, és ahogy esik, az útja a Föld görbületét követi. A labda ezt a zuhanó pályát követi egészen a Föld körül. Valójában le kell buknod, amikor egy kör megtétele után elhalad melletted! Sikerült a labdát Föld körüli pályára dobnod, így az most már egy földi műhold.
Satellitek pályára állítása
A műholdak pályára állítása ugyanolyan típusú cselekvéseket és ötleteket foglal magában. Először is a műholdat egy hatalmas rakéta tetejére helyezik, amely elviszi a Földtől és felviszi a légkörön keresztül. Miután elérte a szükséges magasságot, oldalirányú, éppen megfelelő erősségű rakétatoló lökéseket alkalmaznak, hogy a műholdat a megfelelő sebességgel pályára állítsák.
Ha a műholdat túl lassan dobják ki, akkor a Földre zuhan, mert a gravitáció centripetális vonzása túl nagy. Ha a műholdat túl gyorsan dobják ki, akkor kikerül a Föld körüli pályáról, mert a gravitációs vonzás nem elegendő a szükséges centripetális erő biztosításához. Megfelelő kilövési sebességgel a műhold folytatja a Föld körüli zuhanó pályáját.
Ez csak a műhold vízszintes sebességének olyan beállítása, hogy a Föld gravitációs vonzása (az adott magasságban) rántsa körbe a pályáján.
Amikor a műholdakról beszélgetünk diákokkal, elég valószínű, hogy valaki felteszi a (nagyon jó) kérdést:
Cas:
A kérdésre a rövid válasz a következő:
Tanár: Kisasszony, mi tartja mozgásban a műholdat?
Amint a műholdat elindítják a hordozórakétáról, a rakéta tolóereje hat, hogy a kívánt irányba, az előírt sebességgel kilökje. A lényeges pont, amit itt meg kell érteni, hogy a műhold csak addig gyorsul, amíg a rakéta tolóereje hat. A rakétahajtómű kikapcsolása után a műhold az elért végső sebességgel halad tovább, nem gyorsul és nem is lassul, és a Föld gravitációs vonzása folyamatosan rángatja a műholdat a pályáján és annak mentén. Ebben az értelemben a műhold magától megy tovább.
Ha a műhold az üres térben mozogna, akkor örökké a pályáján maradna, mivel nem hatnának olyan erők, amelyek felgyorsítanák vagy lelassítanák. A valóságban az alacsony pályán keringő földi műholdak nem az üres térben haladnak, így a vékony légkör miatt, amellyel találkoznak, ellenállási erő vagy ellenállás éri őket. Ilyen körülmények között a műhold mozgásának fenntartásához időnkénti rakétatolásra van szükség, különben a Földre zuhan.