För att hamna i omloppsbana
Den första frågan att tänka på är kanske hur de hamnar i omloppsbana överhuvudtaget. Låt oss prova ett tankeexperiment som först föreslogs av Sir Isaac Newton själv.
Föreställ dig ett berg på jordens yta som är så stort att dess topp sticker ut över jordens atmosfär (det skulle behöva vara ungefär tio gånger så högt som Mount Everest). Anta att du klättrar upp på toppen av detta berg och kastar en cricketboll horisontellt utåt. Bollen dras av gravitationen så att den faller till marken längs en krökt bana.
Antag att du nu anstränger dig mycket mer och att bollen färdas mycket längre utåt innan den träffar marken.
Du uppbådar nu all din styrka och lyckas kasta bollen så snabbt att den flyger utåt och när den faller följer dess bana jordens krökning. Bollen följer denna fallande bana runt jorden. Faktum är att du måste ducka när den kommer förbi efter att ha fullbordat en omloppsbana! Du har lyckats kasta bollen i omloppsbana runt jorden så att den nu är en jordsatellit.
Sätta satelliter i omloppsbana
Att sätta satelliter i omloppsbana innebär samma slags handlingar och idéer. Först och främst placeras satelliten ovanpå en enorm raket som ska föra den bort från jorden och upp genom atmosfären. När den väl befinner sig på erforderlig höjd används raketstimulanser i sidled med precis rätt styrka för att skicka satelliten i omloppsbana med rätt hastighet.
Om satelliten kastas ut för långsamt kommer den att falla till jorden eftersom gravitationens centripetala dragningskraft är för stor. Om satelliten kastas ut för snabbt kommer den att fly från jordens bana eftersom gravitationens dragningskraft inte är tillräcklig för att ge den nödvändiga centripetalkraften. Med rätt uppskjutningshastighet fortsätter satelliten i sin fallande bana runt jorden.
Det handlar bara om att ställa in satellitens horisontella hastighet på ett sådant sätt att jordens gravitationskraft (på den givna höjden) drar den runt på sin bana.
När man pratar om satelliter med elever är det ganska troligt att någon kommer att ställa den (mycket bra) frågan:
Cas: Fröken, vad håller satelliten igång?
Det korta svaret på frågan är:
Lärare: När satelliten skjuts upp från bärraketen verkar en raketkraft för att kasta ut den i den önskade riktningen med den föreskrivna hastigheten. Den avgörande punkten att förstå här är att satelliten bara ökar sin hastighet så länge som raketstöden verkar. När raketmotorn stängs av fortsätter satelliten med den slutliga hastigheten, utan att vare sig öka eller minska i hastighet, och jordens gravitation drar hela tiden in satelliten i och längs dess omloppsbana. På så sätt fortsätter satelliten bara att gå själv.
Om satelliten rörde sig genom tom rymd skulle den stanna i sin omloppsbana för evigt, eftersom det inte finns några krafter som verkar för att snabba upp den eller sakta ner den. I verkligheten rör sig jordsatelliter i låg omloppsbana inte genom tomt utrymme och upplever därför en motståndskraft eller dragkraft på grund av den tunna atmosfären som de möter. Under sådana omständigheter behövs tillfälliga raketstötar för att bibehålla satellitens rörelse, annars kommer den att falla till jorden.