1 Satellitenkommunikation und -steuerung
2 Energieversorgung
3 Aufgaben der Erdsatelliten

Die antriebslose Bewegung eines Satelliten gehorcht genähert den Gesetzen des Zweikörperproblems der Himmelsmechanik; weitere Kräfte bewirken jedoch diverse Bahnstörungen. Wäre die Erde eine exakte Kugel ohne Atmosphäre und gäbe es keine anderen Himmelskörper, folgte die Satellitenbahn einer mehr oder weniger exzentrischen Ellipse um die Erde gemäß den Keplerschen Gesetzen. Die Bahnebenen der Erdsatelliten gehen durch den Erdmittelpunkt und sind näherungsweise "raumfest", also gegenüber den Fixsternen unverändert, während die Erde darunter rotiert.

Abhängig von ihrer Flughöhe lassen sich die Satelliten in verschiedene Typen aufteilen:

• GEO (Geostationary Orbit): geostationäre Satelliten mit einer Flughöhe von etwa 35.790 km. Hier beträgt die Umlaufzeit exakt einen Tag. In dem Bezug auf die Erdoberfläche sind diese Satelliten ortsfest. Beispiele: Astra, Eutelsat, Inmarsat etc.
• MEO (Medium Earth Orbit): Satelliten mit einer Flughöhe von 6 Tausend - 12 Tausend km und einer Umlaufdauer von 4 - 12 Stunden. Beispiele: ICO
• LEO (Low Earth Orbit): Satelliten mit einer Flughöhe von 500 - 1.500 km und einer Umlaufdauer von 1,5 - 2 Stunden. Beispiele: Iridium, Globalstar

Durch die Abplattung der Erde sowie die Inhomogenität der Erdoberfläche und des Erdschwerefeldes weichen die Satellitenbahnen von der idealen Ellipsenform um einige Kilometer ab, bzw. ändern sich Bahnlage und Perigäum um einige Grad pro Tag. Daraus bestimmt die Satellitengeodäsie die genaue Erdform - das Geoid weicht vom fiktiven Erdellipsoid bis zu 100 m ab. Für diese Abweichungen (auf 6.357 - 6.378 km Erdradius ca. 0,001 %) wurden die etwas unglücklichen Begriffe Kartoffel- bzw. Birnenform geprägt.

Zusätzlich bewirkt die Erdatmosphäre eine ständige leichte Bremsung der Satelliten, sodass sich Bahnen unter etwa 1 Tausend km spiralförmig der Erde nähern. Die Lebensdauer hängt auch vom Verhältnis Oberfläche/Masse ab und reicht von einigen Wochen oder Jahren (LEOs) bis zu Jahrtausenden (MEOs). Weitere Bahnstörungen werden von der Gravitation des Mondes verursacht, vom Strahlungsdruck der Sonne und von Effekten in der Ionosphäre. Die Satellitenbahn muss darum ständig kontrolliert und gegebenenfalls nachgeregelt werden. Hierzu dient unter anderem die Kommunikation mit der Bodenstation.

Kommunikation und Steuerung erfolgen durch Radiowellen mit Frequenzen zwischen etwa 100 MHz und einigen Gigahertz. Die Übermittlung der Signale und Informationen erfolgt durch Modulation bzw. Codierung der Funkwellen.

Auch wenn die Radiofrequenzen durch Atom- oder Quarzuhren stabilisiert werden, ändern sie sich durch mehrere Einflüsse - vor allem

• Dopplereffekt (wegen der Bewegung des Satelliten und der Erdrotation)
• Funkstörungen in der Atmosphäre (Wetterlage, Sonnenaktivität) und Magnetosphäre.

Abhängig von der Flughöhe haben Signale für die Kommunikation zwischen Erdoberfläche und Satellit eine Laufzeit, die durch die Geschwindigkeit der elektromagnischen Wellen bestimmt wird. Wichtig ist eine niedrige Laufzeit insbesondere bei Echtzeitanwendungen, z.B. bei der Übertragung von Telefongesprächen. Bei geostationären Satelliten (GEO) beträgt die Verzögerung mehr als 300 ms, beim Typ MEO 150 ms und beim Typ LEO weniger als 50 ms.

• Batterien
• Solarenergie (Sonnensegel)
• Steuerraketen (Brennstoff)
• kleiner Atomreaktor.

Erdsatelliten, die wissenschaftlichen Aufgaben dienen, zählt man zu dem Allgemeinbegriff der Raumsonden. Sie tragen ein oder mehrere präzise Geräte, die zu Messungen oder Beobachtungen von Erde bzw. Weltraum programmiert sind. Diese Rohdaten werden in (ab und zu langwierigen) Analysen zu Nutzdaten aufbereitet, die dann der Forschung oder Anwendung zur Verfügung stehen.

Die meisten Raumsonden sind den Wissensgebieten der Geowissenschaften, Physik, Astronomie und Biologie zuzuordnen. Sie sind aber nicht stets von kommerziellen oder militärisch genutzten Erdsatelliten abzugrenzen.

Kommerziell genutzte Erdsatelliten werden hauptsächlich in den Bereichen

• Telekommunikation als Relaisstation
• Positionsbestimmung und Navigation
• Rundfunk und Fernsehen ("Fernsehsatellit")
• Fernerkundung, Landwirtschaft und Kartografie

eingesetzt.

Militärische Nutzung von Erdsatelliten liegt insbesondere in der Positionsbestimmung eigener oder gegnerischer/fremder Kräfte und in der Sicherstellung der Kommunikation zwischen den eigenen Einheiten sowie der Störung der Kommunikation fremder Einheiten.

Darüber hinaus kommen Spionagesatelliten zu dem Einsatz, die den Funk- und Telefonverkehr abhören können, und für die Aufklärung von militärischen Anlagen.