Orbitalbewegungen

Orbitalbewegungen beschreiben die Bahn von Himmelskörpern oder künstlichen Satelliten um ein zentrales Masseobjekt infolge der Gravitationskraft. In der klassischen Mechanik werden solche Bewegungen durch Modelle des Zwei- oder Mehrkörpersystems beschrieben. Die Grundlage bilden das Newtonsche Gravitationsgesetz und die Keplerschen Gesetze, ergänzt durch Energie- und Impulserhaltung. Bahnen hängen von den Anfangsbedingungen, der Massenverteilung und externen Störungen ab.

Die Keplerschen Gesetze fassen die Bahn- und Zeitaspekte orbitaler Bewegungen zusammen. Das erste Gesetz besagt, dass die Bahn eines Himmelskörpers um den Zentralkörper eine Ellipse mit dem Zentralkörper in einem Brennpunkt ist (Kreisbahnen sind spezielle Ellipsen). Das zweite Gesetz besagt, dass die Linie vom Zentralkörper zum Orbitalpunkt in gleicher Zeit gleiche Flächen überstreicht. Das dritte Gesetz verbindet Umlaufzeit und Bahnhalbachse durch T^2 ∝ a^3.

Bahnen lassen sich durch Bahnelemente bestimmen: Semimajorachse a, Exzentrizität e, Inklination i, aufsteigende Knoten Ω, Perigentrumwinkel ω und der wahre Flächenwinkel ν. Zusätzlich charakterisieren Energie E und der spezifische Drehimpuls h die Bahn. Typen umfassen Kreisbahnen (e = 0), Ellipsen (0 < e < 1), Parabeln (e = 1) und Hyperbel (e > 1). In der Praxis führen Störungen zu Präzessionen, Bahnstabilität oder langfristigen Veränderungen der Orbitalparameter.

Perturbationen beeinflussen Orbitalbewegungen dauerhaft. Dazu gehören die geodätische Abflachung der Erde (J2), atmosphärischer Drag in niedrigen Orbits, Anziehungskräfte von Mond und Sonne sowie andere planetare Gravitationen. Diese Effekte erfordern regelmäßige Bahnkorrekturen und sorgfältige Missionsplanung. Anwendungen finden sich in der Satellitenbahnenplanung, Raumfahrtmissionen, Erdbeobachtung, Geodäsie und Navigationssystemen.

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