Geostationaire baan

De geostationaire baan is de cirkelvormige baan rond de aarde waar een kunstmaan of ander object stil lijkt te staan ten opzichte van het aardoppervlak. Zo'n satelliet heet een geostationaire satelliet. Het is een van de vijf belangrijke soorten baan rond de aarde. De omlooptijd voor deze baan is 23 uur, 56 minuten en 4,1 seconde, exact gelijk met de rotatie van de aarde, en de positie is recht boven de evenaar op een hoogte van 35 786 kilometer boven zeeniveau of 42 164 km boven het middelpunt van de aarde.

Er bestaan ook geosynchrone satellieten. Deze hebben dezelfde omloopstijd als de draaitijd van de aarde, maar bevinden zich niet permanent boven dezelfde plek. Ze bevinden zich niet boven de evenaar en/of lopen niet in een cirkelvormige baan. Een geostationaire satelliet is ook geosynchroon, het omgekeerde niet altijd.

Ontdekking

In 1945 werd door de sciencefictionschrijver Arthur C. Clarke, die destijds in Engeland werkte aan een radarnetwerk voor de Engelse luchtverdediging tijdens de Tweede Wereldoorlog, het principe van de geostationaire baan ontdekt. De geostationaire baan wordt om die reden ook wel de Clarke-Belt genoemd.

Clarke beschreef als eerste wat er met die baan gedaan kon worden. Met drie telecommunicatiesatellieten zou men ieder punt op aarde met ieder ander punt kunnen verbinden, via maximaal twee satellieten.

In 1963 werd de eerste satelliet naar deze baan gebracht (Syncom 2) en bleek de bewering van Clarke in de praktijk te werken.

In 1993 is een patent (US Patent 5,183,225) verleend op het principe van de "statiet"; een hypothetische satelliet die zelfstandig van hoogte verandert om in een geostationaire baan te blijven, waardoor van de evenaar afwijkende geostationaire banen mogelijk worden.

Het principe

Op een satelliet, die in een baan rond de aarde draait, werkt een aantrekkingskracht (of gravitatiekracht) van de aarde, die precies de nodige middelpuntzoekende kracht vertegenwoordigt die nodig is om de satelliet bij deze snelheid in zijn baan te houden. Het is belangrijk dat de snelheid en de gravitatiekracht op elkaar zijn afgestemd. Als ze trager zou draaien, zou ze op de aarde vallen, indien sneller, zou ze van de aarde wegvliegen.

Men kan vrij gemakkelijk berekenen (zie middelpuntzoekende kracht en zwaartekracht) op welke hoogte een satelliet moet hangen, om precies even snel als de aarde te draaien en bijgevolg ten opzichte van de aarde niet te bewegen. Alle satellieten op die hoogte, namelijk 35 786 km boven zeeniveau (in een baan op de evenaar) worden geostationaire satellieten genoemd. Dit is zeer handig voor bijvoorbeeld weer- en telecommunicatiesatellieten. Indien deze niet geostationair waren, zouden wij permanent de stand van schotelantennes moeten wijzigen en regelmatig naar een andere satelliet overschakelen. Dit verklaart ook waarom in het noordelijk halfrond schotelantennes altijd naar het zuiden gericht zijn. Geostationaire satellieten kunnen immers enkel boven de evenaar in de gewenste baan blijven.

Doordat een "stilstaande" kunstmaan voor toepassingen zoals satelliettelevisie nogal wat voordelen biedt is de geostationaire baan thans druk bezet met kunstmanen.

Nadelen

Er is ook een aantal nadelen te noemen:

Er is veel brandstof en dus een zwaardere raket nodig om een kunstmaan in deze hoge baan te brengen.
Door de grote afstand tussen satelliet en grondstation is een goede richtantenne en een relatief groot vermogen nodig om te kunnen communiceren.
Door de grote hoogte van de satelliet treedt er een merkbare vertraging op in de communicatie. (Ongeveer 120 ms via dezelfde satelliet, tot zo'n 640 ms als het via meerdere gaat.)

Vertraging

Een satelliet kan alleen geostationair zijn op een hoogte van ruim 42 000 km boven het middelpunt van de aarde en bijna 36 000 km boven het aardoppervlak. Dat geeft vertraging bij telecommunicatie via een satelliet.

Bevinden zender en ontvanger zich op korte afstand, zoals meestal bij een radio- of televisieprogramma, dan is de weglengte (op en neer naar de satelliet) 72 000 km, wat een vertraging geeft van 240 ms: 120 ms heen en 120 ms terug. Dat is zelden merkbaar, tenzij je een satellietontvanger en een aardse ontvanger naast elkaar op hetzelfde programma afstemt.

Bij communicatie met de andere kant van de wereld is de afstand (op en neer naar de satelliet) ongeveer 85 000 km. Bij een telefoongesprek moet dat verdubbeld worden omdat de communicatie in twee richtingen gaat. Het duurt dan 560 ms (ruim een halve seconde) voor je antwoord krijgt van de gesprekspartner, wat zeer merkbaar is. Loopt een gesprek via twee satellieten, dan loopt de vertraging op tot meer dan een seconde. Bij een gesprek via een onderzeese telefoonkabel is de afstand veel korter en is er nauwelijks merkbare vertraging.

Zie ook