Luglio 2009. Le caratteristiche che distinguono le orbite dei satelliti sono la forma (circolare o ellittica), la quota , il verso di percorrenza (orario o antiorario) e l’inclinazione rispetto al piano dell’equatore terrestre.
Il principale criterio di classificazione per le orbite è la quota: si distinguono orbite basse (LEO, Low Earth Orbit), orbite medie (MEO, Medium Earth Orbit) e orbite più alte geostazionarie (GEO, Geostationary Equatorial Orbit), (vedi grafico).
Poiché il mantenimento in orbita dipende dall’equilibrio fra la forza di attrazione terrestre e la forza centrifuga dovuta alla velocità di rotazione del satellite, si capisce come i satelliti LEO, essendo maggiore l’attrazione terrestre per la minore distanza da terra (200-2000 Km), debbono girare a velocità maggiore dei MEO, che hanno orbite più elevate (9.800-20.500 Km).
I satelliti GEO sono posti in orbita circolare sul piano equatoriale alla quota di 35.800 Km (esattamente 35.767 Km), alla quale la velocità di rotazione necessaria per equilibrare la forza di gravità è pari a quella di rotazione della Terra, perciò ad un osservatore terrestre appaiono fissi.
Le orbite ellittiche sono configurate con la Terra in uno dei due fuochi, dando così luogo a distanze maggiori (apogeo) e minori (perigeo) da terra e sono tipicamente utilizzate per le aree polari. Le orbite circolari sono tipicamente sul piano equatoriale.
Impiego delle diverse orbite
I satelliti nelle orbite LEO vantano costi particolarmente contenuti sia per lancio, essendo le quote minori, sia per la componentistica elettronica di bordo, che, operando sotto le fasce di Van Allen (le zone dello spazio intorno alla Terra caratterizzate da un’alta concentrazione di pericolose particelle cariche ad alta energia), non richiede schermature particolari, inoltre servono minori potenze di trasmissione.
I LEO hanno un minore ritardo di propagazione per la ridotta distanza da terra e sono perciò adatti per comunicazioni voce. Per contro, a causa della maggiore velocità di rotazione rispetto a quella terrestre (compiono un’orbita completa in soli 90 minuti), il tempo di visibilità da parte di un’antenna terrestre è limitato e richiede una flotta molto numerosa di satelliti per una copertura continua o sistemi di memorizzazione dell’informazione a bordo che però allungano il tempo di restituzione dei dati.
Sono utilizzati nelle telecomunicazioni per radioamatori o in impieghi particolari per il rilievo fotografico del terreno.
Sono del tipo LEO anche le orbite polari che si trovano ad angolo retto rispetto al piano equatoriale dei satelliti che monitorano la situazione del buco nello strato di ozono al di sopra dell’Antartide.
I satelliti nelle orbite MEO presentano costi più elevati ma consentono di ottenere una copertura continua della superficie terrestre con un numero adeguato di satelliti in orbita e tempi di propagazione adatti a comunicazioni telefoniche bidirezionali (che richiedono un tempo totale inferiore ai 250 msec per non avere fastidiosi effetti d’eco).
Sono impiegati dal 1990 per la telefonia mobile satellitare nei sistemi Iridium con 66 satelliti e Globalstar con 48 satelliti. Inoltre sono utilizzati per i sistemi di rilevamento della posizione GPS, Global Positioning System, di NavStar con 24 satelliti, divisi in gruppi di quattro su ognuno di sei piani orbitali distanti 60° fra loro e inclinati di 55° sul piano equatoriale. È prossimo il lancio del sistema GPS europeo Galileo.
I satelliti nelle orbite GEO (vedi grafico) possono coprire ciascuno un terzo della superficie terrestre ed, essendo stazionari rispetto alla Terra, non hanno bisogno di sistemi di tracking delle antenne. Lo scrittore e scienziato inglese Arthur C. Clarke, autore fra l’altro del romanzo di fantascienza Odissea nello spazio, intuì per primo nel 1945 un utilizzo pratico di questa orbita (che in suo onore ha preso il nome di Fascia di Clarke) per le telecomunicazioni.
Secondo Clarke tre satelliti in orbita GEO equatoriale sarebbero bastati a coprire l’intero pianeta ad eccezione delle regioni polari. Satelliti GEO sono utilizzati per il broadcasting Tv di contributo e di diffusione, per la meteorologia e per la trasmissione bidirezionale dei dati, mentre invece non sono adatti alle comunicazioni bidirezionali voce a causa dell’elevato ritardo di propagazione introdotto dal lungo percorso terra-satellite e viceversa.
Tabella. Classificazione delle orbite per i transponder di telecomunicazioni
