Eduqaleeromgeving
Leeromgeving Natuurkunde · 5 vwo H8 Hemelmechanica
0%
Hoofdstuk 8 · Les 7 van 8

Satellieten, open en gesloten banen

Rond de aarde draait een groot aantal satellieten. Ze worden gebruikt voor communicatie, navigatie, onderzoek en militaire doeleinden. Welke baan een satelliet heeft, hangt af van waarvoor hij dient.

15 min

Na deze les kun je

  • toepassingen van satellieten noemen
  • de soorten satellietbanen beschrijven
  • het verschil tussen open en gesloten banen uitleggen met energie
  • de omlooptijd van een satelliet berekenen

Dit weet je al

Fg = Fmpz en v = √(G·M/r) (les 8.2a), ontsnappingssnelheid (les 8.3b).

Satellieten en ruimtesondes

Satellieten (kunstmanen) gebruik je voor telecommunicatie, navigatie (gps), onderzoek naar aarde en heelal en militaire doeleinden. Hun banen kunnen cirkelvormig of ellipsvormig zijn. Een ruwe indeling naar hoogte boven het aardoppervlak:

Soort baanHoogteGebruik
Lage baan, LEO (Low Earth Orbit)tot 1400 kmcommunicatiesatellieten, onderzoek van de aardatmosfeer; ook het ruimtestation ISS
Geostationaire baanongeveer 36 000 km, boven de evenaarcommunicatie: de satelliet staat stil boven een vast punt
Hoge baan, HEO (Highly Elliptical Orbit)maximale hoogte tot 290 000 kmbijvoorbeeld communicatie in poolgebieden
Satellietbanen op schaalDe aarde met de lage banen vlak boven het oppervlak en de veel grotere geostationaire baan.geostationairaardeLEO: tot 1400 km hoogte,bijvoorbeeld het ISSOp schaal getekendgeostationaire baan:ongeveer 36 000 km hoogboven de evenaar
Lage banen (LEO) liggen vlak boven het aardoppervlak. Een geostationaire satelliet staat ongeveer 36 000 km boven de evenaar. HEO-banen kunnen nog veel verder reiken (tot 290 000 km) en passen niet in deze tekening.

Een geostationaire satelliet cirkelt boven een vast punt op de evenaar. Zijn omlooptijd is gelijk aan de rotatietijd van de aarde. Die vaste positie ten opzichte van het aardoppervlak maakt hem geschikt als communicatiesatelliet.

Een polaire satelliet cirkelt ruwweg via de noord- en zuidpool rond de aarde. De aarde draait als het ware onder zijn baan door, zodat hij bij elke omloop boven een andere strook van het aardoppervlak komt. Zo’n satelliet gebruik je voor onderzoek waarbij je alle delen van de aarde wilt zien, zoals onderzoek aan het klimaat en de oceanen.

Open en gesloten banen

Planeten en satellieten kunnen niet ontsnappen uit het gravitatieveld van de zon of de aarde: hun snelheid is in elk punt van de baan kleiner dan de ontsnappingssnelheid. Hun banen zijn daarom gesloten: ellipsen of cirkels. Sommige kometen komen van ver buiten het zonnestelsel met een snelheid die steeds groter is dan de ontsnappingssnelheid; zo’n komeet scheert langs de zon en verdwijnt weer.

BaanTotale energieSnelheidBetekenis
Open baanEtot = Eg + Ek ≥ 0vbaan > voHet voorwerp komt op oneindige afstand en heeft daar nog kinetische energie over. Voorbeeld: een hyperboolbaan.
Gesloten baanEtot = Eg + Ek < 0vbaan < voTe weinig kinetische energie om oneindig ver te komen: een cirkel of ellips. Het voorwerp is gebonden.

De omlooptijd van een satelliet berekenen

✎Voorbeeld: het ISS

Het ISS doorloopt bij benadering een cirkelbaan op 410 km hoogte. Bereken de omlooptijd.

  1. Uit v = 2πr/T volgt T = 2πr/v. Uit Fg = Fmpz volgt v2 = G·M/r.
  2. Baanstraal: r = R + h = 6,371·106 + 0,410·106 = 6,781·106 m.
  3. v2 = 6,674·10−11 × 5,972·1024 / 6,781·106 = 58,78·106, dus v = 7,667·103 m/s.
  4. T = 2π × 6,781·106 / 7,667·103 = 5,56·103 s = 1,54 h.
!Pas op

Vul voor r de afstand tot het middelpunt van de aarde in: r = R + h, niet alleen de hoogte h.

Even controleren

Snap je het?

Waarom is een geostationaire satelliet geschikt voor communicatie?

Een komeet heeft een totale energie groter dan nul. Wat voor baan heeft hij?

↗Hoe hangt dit samen?

In de laatste les zie je hoe een computermodel een baan stap voor stap berekent, en welke banen er ontstaan bij verschillende beginsnelheden.

Klaar met deze les? Zet hem op gelezen; je voortgang staat rechtsboven.