satellit

Militære satellitter omtales ofte som spionsatellitter eller rekognosceringssatellitter efter deres hyppigste anvendelse: at skaffe oplysninger om den eventuelle fjendes hensigter og handlinger. Oplysningerne skaffes dels ved at fotografere Jordens overflade med stor opløsning, dels ved at aflytte både militær og civil kommunikation. Satellitter bruges desuden til sikker (krypteret) kommunikation. Militært set kan satellitter også benyttes i mere aktive roller, til ødelæggelse af andre satellitter, til at advare om raketopsendelser og til forstyrrelse af modstanderens kommunikation. Systemerne til satellitnavigation er oprindelig udviklet af militære hensyn.

Kommunikationssatellitter har gjort det muligt at komme i forbindelse med praktisk taget ethvert punkt på Jordens overflade døgnet rundt. Den første spæde begyndelse blev gjort i 1960 med opsendelsen af NASA's Echo 1, en stor ballon med metallisk overflade, der passivt reflekterede signaler fra Jorden. Senere fulgte Telstar-satellitterne, der modtog, forstærkede og videresendte signalerne. Pga. deres forholdsvis lave bane kunne de kun benyttes nogle få timer i døgnet fra hvert sted på Jorden.

Da man i 1964 kunne placere satellitter i geostationære baner omkring Jorden, opnåedes store fordele, dels kan blot tre satellitter dække hele Jorden, dels kan man benytte faste antenner til modtagelsen. Dette har muliggjort brugen af broadcast-satellitter (tv-satellitter) til direkte udsendelse af tv til den enkelte seer.

Videnskabelige satellitter bruges på to hovedområder, dels til målinger af forholdene på det sted i rummet, hvor satellitten befinder sig, dels til undersøgelser af Solsystemet og resten af Universet ved detektion af stråling, der absorberes i atmosfæren og derfor ikke kan iagttages fra Jordens overflade. Det drejer sig om infrarød og ultraviolet stråling og røntgen- og gammastråling. Disse forskellige typer af stråling giver mulighed for at studere både meget kolde (få grader Kelvin) og meget varme (millioner af grader) områder af Universet.

Synligt lys giver mest information om områder med temperatur som Solens overflade (få tusinde grader). Teleskoper i rummet (fx Hubble-teleskopet) er fri for atmosfæriske forstyrrelser og giver derfor skarpere billeder. Målinger af elektriske og magnetiske felter i rummet omkring Jorden har givet mange nye oplysninger om atmosfærens ydre dele, ionosfæren, samt om magnetosfæren. Se også satellitastronomi.

Jordobservationssatellitter benyttes også til videnskabelige formål, fx undersøgelser af Jordens form og massefordeling, havstrømme og temperaturforhold i havene, klimaundersøgelser, geologiske studier og studier af is i arktiske områder. Derudover benyttes disse satellitter i mange praktiske sammenhænge til vejrforudsigelser, mineraleftersøgninger, undersøgelser af afgrøders og skoves sundhedstilstand samt af menneskeskabte ændringer som drivhuseffekten og nedbrydning af ozonlaget, forekomsten af forurening osv.

Navigationssatellitter tillader bestemmelse af positioner på eller nær Jordens overflade, se GNSS. Disse satellitter er af stor betydning for flyvning, skibstrafik samt navigation og positionsbestemmelse generelt, fx med smartphone. Nøjagtigheden varierer med både omgivelserne og modtagerens kvalitet. Bygninger og lignende kan give signal-ekkoer, der forringer signalets kvalitet og dermed mindsker positionsbestemmelsens nøjagtighed.

Der er flere navigationssystemer i kredsløb om Jorden:

• Det amerikanske GPS-system er det første af de nuværende systemer. Det afløste Transit, som var det første satellitnavigationssystem. GPS har en nøjagtighed for almindelige civile bruger omkring 3 meter. Der findes desuden en militær udgave med større nøjagtighed.

• Galileo er det Europæiske satellitnavigationssystem. Systemet er designet til at give bedre positionsbestemmelse end det amerikanske for civile brugere. Nøjagtigheden er under 1 meter.

• Det russiske positionssystem hedder GLONASS.

• Det kinesiske positionssystem hedder BeiDou.

En honeycombplade består af en heksagonal gitterstruktur, der ligner biceller (deraf navnet), limet mellem to tynde metalplader. Den mekaniske struktur skal desuden sikre, at satellittens enkelte dele ikke forskubbes i forhold til hinanden, således at fx flere kikkerter peger i samme retning også efter opsendelsen. Det udstyr, der skal bruges til satellittens egentlige opgave, afhænger naturligvis af opgavens art.

Til at kontrollere satellittens orientering i rummet benyttes enten små styreraketter (treakse-stabilisering) eller momenthjul, hvis rotation får satellitten til at rotere i modsat retning (spin-stabilisering). De spin-stabiliserede satellitter blev først udviklet, men i dag anvendes treakse-stabilisering hyppigst, da det er nødvendigt til bl.a. kommunikationssatellitter med høj effekt. Skal satellitten skifte bane i rummet efter adskillelsen fra løfteraketten, vil den derudover være udstyret med en større raketmotor.

Kraften til udstyret kommer dels fra solceller, dels fra batterier. Batterierne bruges til den del af banen, der ligger i Jordens skygge. Hvis en rumsonde skal operere i Solsystemets ydre dele, bruges i stedet en elgenerator baseret på radioaktive stoffer, da sollyset her er for svagt til, at solceller er effektive. Kommunikationsudstyr sikrer dels, at satellitten kan modtage kommandoer fra Jorden, dels at den kan sende resultater tilbage. For at sikre stabile temperaturer svøbes hele satellitten (undtagen solcellerne) ind i et termisk isolerende tæppe bestående af mange lag (ofte flere end 25) af tynd metalfolie.

Hver ny satellit bygges i flere udgaver. Først en eller flere udviklingsmodeller af almindelige komponenter, derefter eventuelt en prototype af højpålidelige komponenter. Disse modeller udsættes for vibrationer, varme og kulde, vakuum og elektriske forstyrrelser for at sikre, at satellitten vil fungere efter opsendelsen. Derefter bygges den endelige model med højpålidelige komponenter. Denne model testes ligeledes grundigt inden opsendelsen.

De mange modeller, de mange afprøvninger og brugen af højpålidelige komponenter, specielt sådanne, der kan modstå strålingen i rummet, bevirker, at satellitinstrumenter er mange gange dyrere end tilsvarende instrumenter til brug på Jorden.

I rumflyvningens barndom, hvor løfteraketterne kun lige havde kraft til at bringe satellitterne i kredsløb, svarede banernes hældning til opsendelsesstedets breddegrad. Det skyldes at satellitterne sendtes op østover for at udnytte Jordens rotation bedst muligt. Amerikanske satellitter havde derfor en hældning på 28° svarende til Cape Canaveral. De russiske satellitters baneplan havde større hældning, da opsendelsesstederne lå på større breddegrader.

De laveste brugbare baner har højder på få hundrede km med omløbstider på ca. 90 minutter. I endnu lavere baner vil satellitterne blive bremset af Jordens ydre atmosfære og hurtigt falde ned. I højere baner bliver omløbstiden længere.

I en geosynkron bane er satellittens omløbstid netop et døgn, og set fra Jorden vil den derfor bevæge sig i en lukket kurve på himlen. Af særlig interesse er den geostationære bane, der er en cirkelformet, geosynkron bane, der ligger i Jordens ækvatorplan. Hvis en satellit er i en geostationær bane, vil den set fra Jorden stå stille over et punkt på ækvator. Denne bane benyttes især til kommunikationssatellitter.

Stærkt elliptiske baner benyttes ofte til særlige formål, fx til astrofysiske observationer, hvor man ønsker, at det meste af banen ligger uden for Jordens strålingsbælter. Før man kunne placere satellitter i den geostationære bane, benyttedes elliptiske baner (fx molnijabaner) også til at få satellitter til at opholde sig så lang tid som muligt over bestemte steder på Jordens overflade, idet en satellit bevæger sig langsommere, jo længere væk fra Jordens overflade den er.

For at kunne beregne satellitbaner må man tage mange forhold i betragtning: Jordens afvigelser fra kugleform, Månens og Solens påvirkninger, atmosfærens bremsende virkning, der igen afhænger af Solens påvirkning og eventuelt påvirkningen fra andre planeter. Disse komplicerede forhold kræver, at man skal løse et såkaldt mangelegeme-problem. Dette kan ikke udføres analytisk. Man må i stedet beregne banen numerisk ved en iterativ (trinvis) proces.

Ud fra en given position og hastighed og kendskab til de kræfter, der påvirker satellitten, kan man i en computer med stor præcision beregne, hvor satellitten befinder sig kort tid efter. Denne nye situation bruges nu som udgangspunkt for den næste del af beregningen. Efter mange gentagelser har man beregnet banen. Det er på denne måde muligt at forudsige satellittens bane måneder ud i fremtiden.

I særlige tilfælde, fx når satellitten er ved at falde ned igennem Jordens atmosfære, kan banen kun forudsiges præcist dage eller timer ud i fremtiden. I forbindelse med opsendelsen af rumsonder til andre planeter er det ofte nødvendigt at korrigere kursen, kort tid efter at sonden har forladt Jorden, for at sikre, at sonden når frem til rette tid og sted. Det skyldes, at baneberegningerne ikke er præcise nok over så store afstande.

Af hensyn til sikkerheden, især ved bemandede rumflyvninger, er det af stor betydning at have nøjagtige baneforudsigelser for alle større objekter i kredsløb om Jorden. Det amerikanske forsvar har siden 1960'erne haft et verdensomspændende netværk af radarstationer og teleskoper til at følge satellitter med.