Orbitrechner: Geschwindigkeit und Umlaufzeit um die Erde in jeder Höhe

So funktioniert der Orbitrechner

Eine Umlaufbahn ist eine Art endloser Fall. Ein Satellit wird ständig zur Erde hingezogen, bewegt sich aber zugleich so schnell seitwärts, dass sich der Boden unter ihm genauso schnell wegkrümmt, wie er sinkt. Das Ergebnis ist eine Bahn, die immer weiter um die Erde herumführt, statt nach unten.

Der Rechner addiert die gewählte Höhe zum mittleren Erdradius von 6.371 km und erhält so den Abstand vom Erdmittelpunkt. Dann berechnet er die eine Geschwindigkeit, bei der die Anziehungskraft der Schwerkraft in diesem Abstand die Bahn zu einem perfekten Kreis biegt. Teilt man den Umfang dieses Kreises durch die Geschwindigkeit, erhält man die Dauer eines Umlaufs. Teilt man einen Tag durch diese Dauer, erhält man die Umläufe pro Tag.

Warum höhere Umlaufbahnen langsamer sind

Die Schwerkraft nimmt mit der Entfernung ab. Bei doppeltem Abstand vom Erdmittelpunkt ist die Anziehung nur noch ein Viertel so stark, sodass ein Satellit weniger Tempo braucht, um auf einer Kreisbahn zu bleiben. Deshalb rast die Internationale Raumstation in etwa 400 km Höhe mit rund 7,7 km/s dahin, während sich ein geostationärer Satellit mit weniger als der Hälfte dieses Tempos bewegt.

Höhere Umlaufbahnen sind zudem längere Reisen. Eine geringere Geschwindigkeit auf einem größeren Kreis summiert sich schnell: Die Station schafft eine Runde in rund 92 Minuten, Navigationssatelliten in rund 20.000 km Höhe brauchen etwa einen halben Tag, und ein geostationärer Satellit benötigt 23 Stunden und 56 Minuten. Schieben Sie den Regler von der niedrigsten bis zur höchsten Einstellung und sehen Sie zu, wie sich die Umlaufzeit dehnt.

Wofür die voreingestellten Umlaufbahnen genutzt werden

Die vier Voreinstellungen zeigen einige der belebtesten Gegenden rund um die Erde, jeweils ausgewählt, weil die Höhe zu einer bestimmten Aufgabe passt.

• Internationale Raumstation, etwa 400 km: ein Labor in der niedrigen Erdumlaufbahn, seit November 2000 ununterbrochen bemannt, das die Erde etwa 16-mal am Tag umkreist.
• Erdbeobachtung, etwa 700 km: Satelliten, die den Planeten fotografieren und vermessen und so bei Landwirtschaft, Wäldern, Wasser, Wetter, Karten und Katastrophenhilfe helfen.
• Satellitennavigation, etwa 20.200 km: In der mittleren Erdumlaufbahn umkreist jeder Satellit die Erde etwa zweimal am Tag und sendet präzise Zeitsignale, mit denen Handys, Schiffe und Traktoren ihren Standort bestimmen.
• Geostationär, 35.786 km: Über dem Äquator dauert ein Umlauf genauso lange wie eine Erddrehung, sodass der Satellit am Himmel stillzustehen scheint. Wettersatelliten und Satellitenschüsseln für das Fernsehen sind darauf angewiesen.

Was der Rechner auslässt

Der Rechner hält die Dinge bewusst einfach. Er ist daher am besten als sehr gute erste Orientierung zu verstehen, nicht als Planungswerkzeug für echte Satelliten. Vor allem drei Dinge machen echte Umlaufbahnen unordentlicher als einen sauberen Kreis.

• Luftwiderstand: In sehr niedrigen Umlaufbahnen bremst ein dünner Rest Atmosphäre einen Satelliten langsam ab, sodass er absinkt, wenn seine Bahn nicht angehoben wird. Die Internationale Raumstation braucht aus diesem Grund regelmäßige Bahnanhebungen.
• Elliptische Umlaufbahnen: Viele Umlaufbahnen sind gestreckte Ovale, und ein Satellit ist an seinem erdnächsten Punkt am schnellsten und an seinem erdfernsten Punkt am langsamsten.
• Die Form der Erde: Der Planet ist am Äquator leicht ausgebeult, und diese ungleichmäßige Anziehung verschiebt zusammen mit dem Zug von Mond und Sonne die Umlaufbahnen im Lauf der Zeit allmählich.

Umlaufbahnen als Infrastruktur

Vom Boden aus gesehen verhalten sich Satelliten weniger wie technische Spielereien und eher wie Straßen, Stromleitungen oder Wasserrohre. Sie werden einmal gebaut, jeden Tag genutzt und meist erst bemerkt, wenn sie fehlen. Der Leitfaden zu Satelliten und Umlaufbahnen zeigt, wie viel im Alltag, von Wettervorhersagen bis zu Karten, von ihnen abhängt.

Das ist auch ein Grund, warum der Weltraum langfristig orientierte Investoren interessiert. Satelliten zu entwerfen, zu bauen und zu starten dauert Jahre, sie sind mit technischer Unsicherheit verbunden, und sie brauchen Lizenzen und sorgfältige Planung, um Umlaufbahnen sicher mit anderen zu teilen. Der Leitfaden in klarer, einfacher Sprache zur Zukunft der Investitionen in den Weltraum zeigt, wie Investoren über diese langen Zeithorizonte denken, und der Explorer der Raumfahrtwirtschaft zeigt, wo Satelliten im Gesamtgefüge ihren Platz haben.

Auch belebte Umlaufbahnen aufgeräumt zu halten gehört zum Bild. Software, die nahe Begegnungen zwischen Satelliten vorhersagt und kleine Ausweichmanöver plant, ist einer der Bereiche, in denen KI auf die Raumfahrtwirtschaft trifft.

Die Perspektive von Nicole Junkermann

Nicole Junkermann vertritt seit Langem die Auffassung, dass geduldiges Kapital für Deep Tech wichtig ist, und Umlaufbahnen sind dafür ein gutes Beispiel. Eine Konstellation von Satelliten kann viele Jahre brauchen, bis sie steht, doch sobald sie funktioniert, kann sie Landwirte, Wetterdienste und Rettungskräfte lange Zeit im Stillen unterstützen.

Aus ihrer Sicht verdienen vor allem jene Systeme, gebaut zu werden, auf die sich Menschen verlassen können, ohne darüber nachzudenken. Wie sie es auf ihrer Website formuliert: „I invest in infrastructure that builds trust“ („Ich investiere in Infrastruktur, die Vertrauen schafft“). Sie stellt Satelliten gern dieselbe Frage wie der KI: Wer am Boden profitiert davon, und können diese Menschen dem vertrauen, was ihnen die Technik sagt?

Um weiter zu entdecken, probieren Sie den Rechner für Signallaufzeiten aus und sehen Sie, wie lange Nachrichten durch den Weltraum brauchen, oder berechnen Sie Ihr Gewicht und Alter auf anderen Planeten.