Een geostationaire satelliet is een kunstmaan die zich in een zogenaamde ‘geostationaire baan’ rond de Aarde bevindt. In een geostationaire baan lijkt een kunstmaan, of ander object, stil te staan ten opzichte van het aardoppervlak. De omlooptijd van een geostationaire satelliet bedraagt 23 uur en 56 minuten en in die tijd legt een geostationaire satelliet een afstand af van ongeveer 256 000 kilometer.
De omlooptijd van een geostationaire satelliet is exact gelijk aan de rotatietijd van de Aarde. Geostationaire satellieten bevinden zich hierdoor op een hoogte van 35 786 kilometer en hun positie is steeds recht boven de evenaar. Van de vijf belangrijkste banen waarin satellieten zich rond de Aarde bevinden, is de geostationaire baan de verste. Geostationaire satellieten mag men niet verwarren met geosynchrone satellieten. Deze laatsten hebben ook dezelfde omlooptijd om de Aarde maar bevinden zich niet boven de evenaar. In de praktijk wordt de geostationaire baan vooral gebruikt voor communicatie- en weersatellieten. Een groot voordeel van satellieten die zich in deze positie bevinden, is dat antennes op Aarde nooit moeten verplaatst worden aangezien geostationaire satellieten zich steeds aan hetzelfde punt aan de hemel bevinden.
Voor- en nadelen
Geostationaire satellieten worden vooral gebruikt in de communicatiesector. Indien dergelijke satellieten niet geostationair zouden zijn, zouden we permanent onze schotelantennes en andere ontvangers moeten richten naar de satelliet en regelmatig overschakelen naar een andere satelliet. Men kan geostationaire communicatiesatellieten dus eigenlijk vergelijken met een spiegel waar men een signaal naartoe stuurt dat uiteindelijk wordt teruggestuurd. Aangezien geostationaire satellieten zich altijd boven de evenaar bevinden, verklaart dit ook waarom schotelantennes voor het ontvangen van signalen afkomstig van communicatiesatellieten op het noordelijk halfrond altijd gericht zijn naar het zuiden. Geostationaire communicatiesatellieten zijn voor operatoren, zoals televisiezenders, ook vrij gemakkelijk in gebruik. Zo moet men de satellietschotel maar éénmaal perfect richten waarna de kunstmaan jarenlang signalen zal kunnen opvangen en doorsturen. Maar één van de grootste voordelen van de geostationaire baan is ongetwijfeld dat satellietoperatoren met drie geostationaire kunstmanen ieder punt op Aarde met ieder ander punt kunnen verbinden. Om de signalen te kunnen opvangen, te versterken en terug te kunnen versturen naar de Aarde, worden geostationaire communicatiesatellieten vandaag de dag uitgerust met tal van zogenaamde ‘transponders’. Doordat men het signaal versterkt via een transponder is het echter niet mogelijk om te ontvangen en terug te zenden op dezelfde frequentie. Hiervoor gebruikt men bij communicatiesatellieten twee frequenties die men de ‘uplink’ en ‘downlink’ noemt. Ook bij weersatellieten maakt men gebruik van de geostationaire baan. Weersatellieten in deze positie hebben het voordeel dat ze continu hetzelfde groot gebied op Aarde in beeld kunnen brengen zonder zich te moeten verplaatsen waardoor meteorologen op Aarde weersvoorspellingen kunnen maken. Geostationaire satellieten blijken ook wel enkele enorme nadelen te hebben. Om deze kunstmanen tot op een hoogte te brengen van 35 786 kilometer is er zeer veel brandstof nodig. Zo zal men zware communicatiesatellieten vaak eerst in een zogenaamde ‘geostationairy tranfer orbit' brengen. Hierbij wordt de satelliet eerst in een lage baan om de Aarde gebracht waarna het hoogste punt van deze baan (het apogeum) gelijk gebracht wordt met de hoogte van een geosynchrone baan. Dit noemt men in de ruimtevaart de geostationaire overdrachtbaan of ‘Hohmann-transferbaan’. Daarnaast treedt er door de grote hoogte ook een merkbare vertraging op in de communicatie. Een radio- of televisieprogramma dat uitgezonden wordt via een geostationaire satelliet, wordt ontvangen met een vertraging van 200 milliseconde (100 ms heen en 100 ms terug). Bij een telefoongesprek kan deze vertraging oplopen tot 400 milliseconde. Door de grote afstand tussen een geostationaire satelliet en zijn grondstation heeft men een goede richtantenne en een groot vermogen nodig om te kunnen communiceren. Een ander nadeel van de geostationaire baan is dat de posities waar satellieten zich kunnen bevinden, beperkt zijn.
Geschiedenis
In 1928 beschreef de Oostenrijks-Hongaarse raketgeleerde Herman Potočnik al hoe een geostationaire baan zou kunnen gebruikt worden voor communicatiedoeleinden. Het was echter de Britse sciencefictionschrijver en acteur Arthur C. Clarke die in 1945 het principe van de geostationaire baan als eerste wereldwijd bekendmaakte. De bevindingen van Clarke verschenen als artikel met de titel ‘Extra-Terrestrial Relays - Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?’ in het magazine Wireless World dat geliefd was door iedereen die geboeid was door elektronica en radio. Hierdoor wordt deze baan soms ook de ‘Clarke-Belt’ genoemd. Arthur C. Clarke beschreef als eerste hoe men deze bijzondere baan zou kunnen gebruiken voor communicatiesatellieten. Geostationaire satellieten worden vaak verward met geosynchrone satellieten. Beiden hebben dezelfde omlooptijd maar bevinden zich niet permanent boven hetzelfde punt. Zo bevinden geosynchrone satellieten zich niet boven de evenaar en is hun baan niet cirkelvormig. Op 26 juli 1963 werd door NASA de eerste satelliet in een geosynchrone baan om de Aarde geplaatst. De Syncom 2 kunstmaan werd het eerste jaar door NASA gebruikt voor tal van demonstraties en tests. In augustus 1963 telefoneerde de Amerikaanse president President John F. Kennedy vanuit Washington naar de Nigeriaanse Eerste Minister Abubakar Balewa die zich op dat moment in Lagos bevond. Twee jaar na Syncom 2, in 1964, werd uiteindelijk de eerste communicatiesatelliet in een geostationaire baan gebracht. De Syncom 3 satelliet werd op 19 augsutus 1964 gelanceerd vanop Cape Canaveral en werd door een Delta D draagraket tot in een geostationaire positie gebracht boven de Internationale datumgrens. Deze kunstmaan werd uiteindelijk gebruikt om televisiebeelden van de Olympische Spelen in 1964 in Tokio door te sturen naar de Verenigde Staten. De eerste geostationaire weersatelliet, Meteosat 1, werd op 23 november 1977 gelanceerd.
Enkele praktische voorbeelden
Geostationaire weersatellieten:
- Meteosat (Europa) - GOES (USA)
- MTSAT (Japan)
Geostationaire communicatiesatellieten en hun operatoren:
- Astra (SES)
- EchoStar (EchoStar Corporation)
- Eutelsat (Eutelsat S.A.)
- Thuraya (Thuraya)
- JCSAT (JSAT Corporation)
- Galaxy (PanAmSat)
- Satmex (Satélites Mexicanos)
- Turksat (Turksat Satellite Communication and Cable TV Operation AS)
