A maioria dos satélites viaja em órbita baixa da Terra. Veja como e por quê?

Um satélite em órbita baixa da Terra. Crédito da imagem: Getty Images

Em termos muito simples, a órbita terrestre baixa (LEO) é exatamente o que parece: Uma órbita ao redor da Terra com uma altitude que se situa na extremidade inferior do intervalo de órbitas possíveis. Isso é cerca de 2.000 quilômetros (1.200 milhas) ou menos. A maioria dos satélites encontra-se em LEO, assim como a Estação Espacial Internacional (ISS).

Para permanecer nessa órbita, um satélite precisa viajar a cerca de 7,8 quilômetros por segundo (17.500 milhas por hora), velocidade que leva cerca de 90 minutos para completar uma órbita no planeta.

TEORIA DA ÓRBITA BAIXA DA TERRA

As órbitas são possíveis devido à força da gravidade, a mesma força que nos mantém na superfície do planeta. Assim como flutuaríamos no espaço se a gravidade não existisse, um satélite voaria em uma tangente se essa força não estivesse lá para mantê-lo viajando ao redor da Terra.

Isso realmente acontece no caso de uma espaçonave que está viajando extremamente rápido, mais rápido que a velocidade de escape da Terra, que é de 11,2 km/s (25.000 mph). Por outro lado, se um objeto estiver viajando muito mais lentamente, como o foguete suborbital New Shepard da Blue Origin, ele cairá de volta à Terra com a mesma certeza que você faz quando pula para o ar. 

A velocidade de 7,8 km/s (17.500 mph) é a velocidade na qual a força da gravidade impede que um objeto voe em uma tangente. O resultado é que um objeto se movendo a essa velocidade simplesmente dará voltas e mais voltas ao redor da Terra. Esta é uma velocidade horizontal, paralela à superfície do planeta. 

Isso pode parecer confuso se você já assistiu a um lançamento espacial, porque os foguetes geralmente sobem verticalmente quando decolam. Mas isso é porque eles precisam subir acima da atmosfera, ou a maior parte dela, o mais rápido possível para evitar forças de arrasto. Mas uma vez que estão acima da atmosfera, eles mudam para o movimento horizontal. Quando um satélite atinge a velocidade orbital, está oficialmente em órbita.

SATÉLITES EM ÓRBITA BAIXA DA TERRA

A velocidade orbital de 7,8 km/s (17.500 mph), refere-se ao regime LEO logo acima da atmosfera da Terra. Em altitudes mais altas, a velocidade necessária para manter um satélite em órbita muda. Na verdade, isso realmente diminui com o aumento da altitude. 

No entanto, isso não significa que um foguete precise gastar menos energia para colocar um satélite em uma órbita mais alta. Isso ocorre porque é preciso uma enorme quantidade de energia, apenas para atingir essa altitude mais alta. Esse esforço extra para chegar a altitudes mais altas é uma das razões pelas quais a maioria dos satélites é colocada em LEO, juntamente com outras considerações, como as visualizações de resolução mais alta que os satélites de observação da Terra podem obter de perto.

Há, no entanto, uma órbita particular de alta altitude que vale a pena o esforço extra para chegar, e essa é a órbita geossíncrona (GEO). 

Um satélite em LEO completa cerca de 16 órbitas todos os dias, ou para cada rotação completa da própria Terra. No entanto GEO está a uma altitude de cerca de 36.000 km (22.000 milhas), ponto em que a velocidade orbital diminuiu, então uma única órbita corresponde precisamente a uma rotação da Terra. 

Isso significa que um satélite nessa altitude efetivamente paira sobre um único ponto na superfície da Terra, o que o torna especialmente útil para TV por satélite e outros sistemas de comunicação.

As órbitas dos satélites geralmente seguem um caminho do tipo oval chamado elipse, cujo comprimento e largura são conhecidos como eixos maior e menor. 

Quando esses dois eixos são iguais em tamanho, a órbita é um círculo perfeito, que é apenas um caso especial de elipse. A maioria dos satélites tem órbitas quase circulares, mas em alguns casos a elipse pode ser muito mais alongada, com um eixo maior muito mais longo que o eixo menor. 

A órbita Molniya, por exemplo, usada para comunicações em latitudes setentrionais, tem um ponto baixo de cerca de 495 km, mas um ponto alto de cerca de 40.000 km.

LEO é o tipo mais comum de órbita, mas não o único; aqui estão alguns outros.

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RECURSOS ADICIONAIS

• Para obter mais informações sobre a órbita baixa da Terra e o projeto de satélites, consulte "Projeto de Satélite em Órbita Baixa da Terra (Biblioteca de Tecnologia Espacial Livro 36)" "por George Sebestyen, et al, e a página da NASA em "Economia da órbita terrestre baixa".

BIBLIOGRAFIA

• ESA, "Órbita baixa da Terra", março de 2020. 
• ESA, "Tipos de órbitas", março de 2020. 
• Academia Espacial Australiana, "Especificando órbitas de satélites", acesso em maio de 2022. 
• Rhett Allain, "O que há de tão especial na órbita terrestre baixa?", Wired, setembro de 2015. 
• Hight Point University, "Órbitas", acesso em maio de 2022.

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Referência:

MAY, Andrew. Low Earth orbit: Definition, theory and facts. Space, Nova York, 30, mai. 2022. References. Disponível em: <https://www.space.com/low-earth-orbit>. Acesso em: 30, mai. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.