Erdumlaufbahnen

Erdumlaufbahnen bezeichnen die Bahnen, in denen Objekte wie Satelliten oder der Mond um die Erde kreisen. Die Bewegungen ergeben sich aus der Anziehungskraft der Erde und lassen sich im Rahmen des zwei-Körper-Problems der Himmelsmechanik beschreiben. Unterschieden werden gebundene Bahnen, die als Ellipsen verlaufen, und ungebundene Bahnen wie Hyperbeln. In der Praxis werden Bahnen durch Newtonsche Gravitation und Keplersche Gesetze beschrieben, wobei Störungen durch die Erdgeometrie, die Mond- und Sonneneinflüsse sowie die natürliche Form der Erde die Bahn im Laufe der Zeit verändern.

Bahnelemente und Perioden: Die Bahn wird durch sechs Parameter festgelegt: die große Halbachse a, die Exzentrizität e, die Inklination i gegenüber dem Äquator, der aufsteigende Knoten Ω, der Periapsis-Winkel ω und der wahre Bahndurchlauf ν. Die Umlaufdauer P ergibt sich aus P = 2π sqrt(a^3/μ) mit μ = GM_Earth. Typische Größenordnungen von Erdumlaufbahnen reichen von niedrigeren Höhen bis hin zu geostationären Bahnen. Der Gravitationsparameter μ der Erde beträgt rund 3,986×10^14 m^3/s^2.

Typen der Erdumlaufbahnen: Niedrige Erdumlaufbahnen (LEO) liegen in etwa bis 2000 Kilometer über der Erdoberfläche, mit Umlaufzeiten von etwa 90 Minuten. Mittlere Erdumlaufbahnen (MEO) umfassen Bereiche rund um 2.000 bis 35.786 Kilometer, z. B. GPS-Orbits in ca. 20.200 Kilometer Höhe. Geostationäre Umlaufbahnen (GEO) befinden sich bei ca. 35.786 Kilometern Höhe direkt über dem Äquator, wodurch sich Satelliten mit der Erdrotation synchronisieren. Hoch elliptische Bahnen (HEO) wie Molniya ermöglichen lange Überflüge über hohe Breiten.

Störfaktoren und Einsatz: Atmosphärischer Drag mindert die Nutzungsdauer in LEO, während J2- perturbationen zu Veränderungen von node und Perigäumswinkel führen. Erdumlaufbahnen dienen zahlreichen Anwendungen, von Kommunikation und Navigation bis zur Erdoberflächenbeobachtung. Der Mond ist ebenfalls eine natürliche Erdumlaufbahn, mit etwa 27,3 Tagen Periode und geringem Einschlagwinkel zur Ekliptik.