مقدمه

فرض کنید روی قله یک کوه با یک توپ جنگی گلوله‌ای را پرتاب می‌کنید. (بدون در نظر گرفتن مقاومت هوا) هر چه نیروی پرتاب کننده بیشتر باشد، سرعت گلوله به هنگام خروج از لوله بیشتر خواهد بود و گلوله مسافت بیشتری طی خواهد کرد تا با نیروی جاذبه زمین سقوط کند. حال اگر سرعت پرتاب به 7.9 کیلومتر در ثانیه (2800 کیلومتر در ساعت) برسد، گلوله دیگر به زمین سقوط نخواهد کرد و با همان سرعت دور زمین (در مدار دایره‌ای شکل) خواهد چرخید.

در این حالت گلوله تبدیل به یک ماهواره شده و اگر نیروی اصطکاک هوا نباشد، گلوله تا ابد در مدار زمین باقی می‌ماند، ولی بخاطر وجود اصطکاک هوا در ارتفاعات کم ، سرعت گلوله کم شده و در نهایت سقوط خواهد کرد. اگر سرعت پرتابه را افزایش دهیم، مدار حرکت گلوله دور زمین از حالت دایره به حالت بیضی شکل تغییر خواهد کرد و با افزایش سرعت ، مدار حرکت بیضی‌تر خواهد شد. 

برای قرار دادن ماهواره در مدار بالایی و دایره‌ای شکل به دور زمین از موشکهای 2 مرحله‌ای استفاده می‌کنند. به این صورت که موشک پس از بلند شدن و در ارتفاع کم ، مسیر مستقیم خود را کج می‌کند تا در مدار زمین قرار گیرد. در این لحظه موتور مرحله اول از موشک جدا می‌شود. همین لحظه موتور مرحله دوم روشن می‌شود و موشک در مدار بیضی شکل دور زمین شروع به گردش می‌کند.

موتور مرحله دوم خاموش می‌شود و وقتی موشک به نقطه اوج (دورترین نقطه از زمین مدار بیضی از زمین) رسید، موتور دوم یکبار دیگر روشن می‌شود تا موشک در مدار دایره‌ای شکل بزرگ قرار گیرد. در همین لحظه ماهواره از موتور دوم جدا می‌شود و سپس با همان سرعت اولیه که از موشک در حال حرکت جدا شده ، در مدار دایره‌ای شکل دور زمین می‌گردد. 

ارتفاع ماهواره‌ها از سطح زمین

ماهواره‌های جاسوسی

ماهواره‌های جاسوسی را اغلب در ارتفاعات کم (480 تا 970 کیلومتری) قرار می‌دهند. این ماهواره‌ها می‌توانند در عرض کمتر از دو ساعت دور زمین گردش کنند و عکسهای دقیق از مراکز نظامی بگیرند. 

ماهواره‌های علمی

ماهواره‌های علمی در مدارات میانی (ارتفاع 4800 تا 9700 کیلومتری) قرار داده می‌شوند. از این ماهواره‌ها برای تحقیق در مورد مهاجرت حیوانات و بررسی فعالیت آتشفشانها استفاده می شود. 

ماهواره‌های سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS)

ماهواره‌های سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS) در ارتفاع 10000 تا 2000 کیلومتری قرار داده می‌شوند. 

ماهواره‌های ارتباطی

ماهواره‌های ارتباطی مثل ماهواره تلویزیونی را در ارتفاع 35786 کیلومتری قرار می‌دهند. زمان گردش ماهواره‌هایی که در این ارتفاع قرار می‌گیرند، با زمان چرخش زمین یکی است. به همین دلیل برای دریافت اطلاعات از این ماهواره‌ها نیازی به جابجایی مکرر گیرنده زمینی (بشقاب ماهواره) نیست.کره ماه (ماهواره طبیعی زمین) هم ارتفاع (فاصله) حدود 384000 کیلومتری از سطح زمین در حال گردش به دور زمین است، دارای سرعتی معادل 1 کیلومتر در ثانیه است. با این فاصله و سرعت زمان یک دور گردش ماه به دور زمین حدودا 27 روز طول می‌کشد که همان طول ماه قمری است. 

رابطه سرعت با ارتفاع

همانطور که می‌دانید با افزایش ارتفاع از سطح زمین ، نیروی جاذبه کم می‌شود. هر مدار دایره‌ای ماهواره ، سرعت مخصوصی دارد که به آن سرعت پایداری مدار می‌گویند. در این سرعت نیروی جاذبه با نیروی گریز از مرکز در حالت تعادل قرار دارند. اگر سرعت ماهواره را به کمتر از سرعت پایداری کاهش دهیم،‌ نیروی جاذبه بر نیروی گریز از مرکز غلبه کرده و ماهواره به مدار پایینتر (ارتفاع کمتر) سقوط خواهد کرد و بالعکس اگر سرعت ماهواره را افزایش دهیم، نیروی گریز از مرکز بر نیروی جاذبه غلبه کرده و ماهواره در مدار بالاتر (بیضی کشیده) قرار می‌گیرد.

به همین دلیل دانشمندان و مهندسان برای فرستادن ماهوار به فضا ، مدار ماهواره را به دقت اندازگیری می‌کند تا مبادا هزینه‌هایی که برای یک ماهواره متحمل شده‌اند، را بر باد دهند. 
با کاهش سرعت ماهواره پس از پایان مأموریت ، ارتفاع آن کم می‌شود تا وارد جو شود. از آنجا که سرعت گردش ماهواره در هنگام برخورد به ملکولهای هوای جو هنوز بسیار زیاد است، دمای سطح ماهواره آنقدر بالا می‌رود که قطعات آن آتش گرفته و می‌سوزند.

البته برخی قطعات نسوخته ماهواره‌ها یا موشکها در مدار زمین باقی می‌مانند. این قطعات بخاطر سرعت زیادی که در گردش بدور زمین دارند، برای دیگر ماهواره‌ها و نیز موشکها و شاتلهای فضایی بسیار خطرناک هستند، بطوری که اگر یک قطعه کوچک (به اندازه یک توپ پینگ پنگ) به شاتلی اصابت کند، مانند یک خمپاره عمل خواهد کرد و ممکن است شاتل را منفجر کند! دانشمندان سعی می‌کنند ماهواره‌ها را از موادی بسازند که در هنگام برخورد با جو کاملا بسوزند و قطعات خطرناک آنها در جو باقی نماند.