Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

Kapitel 2
Satellitenbahnen
Gib mir Schiffe oder richtige Segel für die Himmelsluftfahrt her
und es werden auch Menschen da sein, die sich vor den entsetzlichen
Weiten nicht fürchten.
Kepler an Galilei, in [731]
§ 60 In diesem Kapitel werden die Grundlagen der Bahnmechanik besprochen. Dazu gehört
die Bewegung eines Testkörpers im Schwerefeld eines wesentlich massiveren Körpers und die
sich daraus ergebenden grundlegenden Bahnen, die durch Kegelschnitte beschrieben werden
(Abschn. 2.2). Für die Erdfernerkundung sind von diesen Bahnen nur die geschlossenen
Bahnen, d.h. Kreis- und Ellipsenbahnen, interessant. Beispiele für typische Bahnen von Erdsatelliten,
insbesondere im Hinblick auf Flughöhe und Inklination, werden diskutiert (Abschn.
2.4).
§ 61 Dabei gehen wir von einer für die Erdfernerkundung vielleicht nicht ganz realistischen
Annahme aus: Satellit und Erde sind beide Punktmassen. Aus Sicht insbesondere eines Spionagesatelliten
sollte die Erde aber weniger ein auf maximal ein Pixel abzubildender Punkt
als vielmehr ein auf Tausende von Pixeln abzubildender ausgedehnter Gegenstand sein. Auch
aus bahnmechanischer Sicht ist die Erde zumindest für Flughöhen im Bereich einiger hundert
bis weniger tausend Kilometer alles andere als eine Punktmasse. Inhomogenitäten im
Schwerefeld der Erde führen daher zu Störungen der Satellitenbahn. Diese Störungen lassen
sich zum gezielten Anpassen von Bahnen verwenden, z.B. zur Erzeugung sonnensynchroner
Bahnen.
§ 62 In Abschn. 2.7 werden neben diesen typischen Bahnen auch spezielle Bahnen diskutiert,
die weniger für die Erdfernerkundung als vielmehr für die Erforschung des Planetensystems
von Bedeutung sind: das scheinbare Verharren eines Satelliten im Lagrange-Punkt auf der
Verbindungslinie Erde–Sonne und das u.a. von den Voyager und Pioneer Raumsonden durchgeführte
interplanetare Billard, bei dem die Sonden im Gravitationsfeld eines Planeten in
Richtung auf den nächsten Planeten abgelenkt werden.
2.1 Historisches: ein Apfel fällt um die Erde
§ 63 Die Historie startet mit einer guten Näherung: einem ruhenden Zentralkörper (Sonne
im Plaentensystem, Erde bei Satellitenbewegungen) und einem bewegten Satelliten; letzterer
wird im Fall des Zentralkörpers Sonne auch als Planet bezeichnet. Die Flugbahn eines
Satelliten um einen Planeten ist, ebenso wie die Bahn eines Planeten um ein Zentralgestirn,
durch die Anziehungskraft zwischen den beiden Körpern sowie die Bahngeschwindigkeit des
Satelliten/Planeten bestimmt.
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