Satellitbanor: LEO, MEO och GEO

En satellit är ett föremål som faller runt jorden utan att någonsin slå i marken. Hur högt den ligger avgör hur snabbt den rör sig, hur stor del av jorden den ser och hur lång tid en radiosignal tar dit och tillbaka. Därför är valet av bana det första beslutet för varje satellitsystem, från väderbilder och GPS till satellit-tv och bredband.

Varför faller inte satelliten ned?#

Tänk dig att du kastar en boll vågrätt från ett högt berg. Ju hårdare du kastar, desto längre bort landar den. Om du kunde kasta så hårt att marken kröker sig bort under bollen lika snabbt som bollen faller, skulle den aldrig landa. Den skulle falla runt jorden hela tiden. Det är precis vad en satellit gör.

På 400 kilometers höjd behövs en fart på ungefär 7,7 kilometer per sekund, alltså drygt 27 000 km/h. Längre ut är jordens dragningskraft svagare, och då räcker en lägre fart. Den geostationära satelliten rör sig med drygt 3 km/s.

Allra lägst, under ca 200 km, är luften fortfarande så tät att den bromsar satelliten. Den sjunker då snabbt och brinner upp. Även på 400–600 km finns lite luft kvar, och den bromsande effekten ökar när solen är aktiv och värmer upp den övre atmosfären (se solaktivitet och rymdväder).

Keplers lagar#

Johannes Kepler beskrev redan på 1600-talet hur planeterna rör sig runt solen. Samma tre lagar gäller för satelliter runt jorden:

1. Banorna är ellipser med jordens medelpunkt i den ena brännpunkten. En cirkel är en ellips där båda brännpunkterna sammanfaller.
2. Satelliten rör sig snabbast när den är närmast jorden (perigeum) och långsammast när den är längst bort (apogeum).
3. Omloppstiden beror bara på banans storlek. Dubblar man banans halva storaxel blir omloppstiden knappt tre gånger så lång (exakt $2^{3/2}\approx \mathrm{2,83}$).

Den tredje lagen gör att man kan räkna ut omloppstiden direkt ur höjden (figur 2). Satellitens massa spelar ingen roll: en liten kubsat och en stor rymdstation på samma höjd har samma omloppstid.

Banhöjder i skala#

Figur 1 visar banorna i rätt skala. Det som överraskar de flesta är hur nära jordytan de låga banorna ligger. Om jorden vore en fotboll skulle rymdstationen flyga mindre än en centimeter ovanför lädret, medan de geostationära satelliterna skulle ligga drygt en halv meter bort.

Banorna delas grovt in i tre höjdband:

Tabell 1. De vanligaste banhöjderna. Omloppstiderna är beräknade för cirkulära banor.

Geostationär bana#

På exakt 35 786 kilometers höjd över ekvatorn tar ett varv lika lång tid som det tar för jorden att rotera ett varv: 23 timmar och 56 minuter (ett stjärndygn). En satellit där verkar därför stå helt stilla på himlen. Det är därför parabolen för satellit-tv kan sitta fast på väggen, riktad åt samma håll år ut och år in.

Banan måste ligga i ekvatorns plan. En satellit med samma omloppstid men med en lutande bana skulle i stället glida norrut och söderut under dygnet. Positionerna längs ekvatorn är en begränsad resurs som fördelas genom ITU, och satelliterna ligger ofta bara några grader isär.

Nackdelen är avståndet. En radiosignal tar ungefär 0,12 sekunder upp till satelliten och lika lång tid ned igen. För ett telefonsamtal via en GEO-satellit blir fördröjningen fram och tillbaka mer än en halv sekund, vilket märks tydligt i ett samtal.

Satellit i söder: elevationsvinkeln från Sverige#

Eftersom geostationära satelliter ligger över ekvatorn ser vi dem i söder. Ju längre norrut man bor, desto lägre står de över horisonten. Vinkeln över horisonten kallas elevationsvinkel. Figur 3 visar den beräknade vinkeln för några svenska orter när satelliten ligger på samma longitud som mottagaren.

Den låga vinkeln får praktiska följder. I Norrland måste parabolen riktas nästan vågrätt mot söder, och träd, hus eller berg i söder kan skymma sikten. Signalen går också en längre väg genom atmosfären, vilket ger något mer dämpning vid regn. Därför behövs ibland en större parabol i norra Sverige än i södra. Mer om detta finns i satellitkommunikation.

Låga banor och konstellationer#

En satellit i låg bana syns bara några minuter i taget från en plats på marken innan den försvinner under horisonten. Vill man ha täckning hela tiden behövs därför många satelliter som tillsammans bildar en konstellation. Fördelen är kort avstånd: signalen blir starkare och fördröjningen bara några millisekunder.

De största konstellationerna är bredbandsnäten. SpaceX hade i oktober 2026 omkring 11 000 Starlink-satelliter i bana.¹ EU har beslutat att bygga det säkra kommunikationssystemet IRIS² med satelliter i både låg och medelhög bana, med planerade första uppskjutningar 2029.²

Navigeringssystemen GPS, Galileo, GLONASS och BeiDou ligger i MEO. Där räcker ungefär 24–30 satelliter per system för att man ska se minst fyra åt gången överallt på jorden.

Polära och solsynkrona banor#

En polär bana går över eller nära polerna. Medan satelliten varvar från pol till pol roterar jorden under den, så att varje nytt varv passerar en ny remsa av jordytan. Efter ett antal dygn har satelliten sett hela jorden.

En solsynkron bana är en särskild sorts nästan polär bana, oftast på 600–800 km höjd och med en lutning på ungefär 98°. Banplanet vrider sig långsamt, ett varv per år, i takt med att jorden går runt solen. Satelliten passerar därför varje plats på samma lokala soltid varje dag, till exempel klockan 10.30 på förmiddagen. Det gör bilder från olika dagar lätta att jämföra, eftersom ljuset kommer från samma håll.

Molniyabanan: lösningen för höga breddgrader#

Eftersom geostationära satelliter står lågt eller under horisonten långt norrut utvecklade Sovjetunionen på 1960-talet Molniyabanan. Den är mycket elliptisk, lutar ca 63° och har en omloppstid på ungefär 12 timmar. Apogeum ligger högt över norra halvklotet. Enligt Keplers andra lag rör sig satelliten långsamt där, så den syns högt på himlen i flera timmar per varv (figur 4). Med två eller tre satelliter som turas om får man täckning hela tiden.

Rymdskrot#

Runt jorden finns inte bara fungerande satelliter. Uttjänta satelliter, raketsteg och fragment från kollisioner och explosioner rör sig med samma höga fart. Enligt ESA:s rapport från 2025 spåras omkring 40 000 objekt, varav ungefär 11 000 är aktiva satelliter. Antalet bitar större än 1 cm uppskattas till över 1,2 miljoner.⁵ Även en centimeterstor bit kan skada en satellit allvarligt vid över 10 km/s.

Därför ska satelliter i låg bana numera tas ned eller sjunka och brinna upp inom några år efter att de tjänat ut. Geostationära satelliter flyttas i stället ut till en ”kyrkogårdsbana” några hundra kilometer ovanför GEO.

Kontrollfrågor#