Como funcionam os satélites: Mecânica orbital, tipos principais e usos cotidianos

Um satélite permanece no ar caindo. Uma vez que um foguete lhe dá velocidade lateral suficiente, a gravidade da Terra continua puxando-o em direção ao solo, mas a superfície do planeta se curva na mesma taxa em que o satélite cai, então ele nunca toca realmente a superfície. O Observatório da Terra da NASA descreve esse equilíbrio como a física básica por trás de cada satélite artificial: órbitas mais baixas requerem velocidades mais altas para evitar cair, enquanto órbitas mais altas permitem velocidades mais lentas.

A física: altitude, excentricidade, inclinação

De acordo com a divisão de Ciências da NASA, três parâmetros definem a trajetória de qualquer satélite. A altitude estabelece a velocidade orbital e o tempo necessário para completar um giro ao redor da Terra. A excentricidade descreve se a trajetória é um círculo ou uma elipse esticada. A inclinação é a inclinação do plano orbital em relação ao equador. Juntos, esses três números determinam qual parte da Terra um satélite pode ver e com que frequência passa sobre a cabeça.

A NASA fornece exemplos concretos: seu satélite Aqua, a 705 quilômetros de altitude, completa uma órbita a cada 99 minutos, enquanto um satélite estacionado na faixa geoestacionária a aproximadamente 36.000 quilômetros leva quase 24 horas para dar uma volta, igualando a rotação própria da Terra.

Principais famílias de órbitas

As agências espaciais agrupam a maioria dos satélites em um punhado de tipos de órbita padrão, cada um adequado para uma missão diferente. A Agência Espacial Europeia (ESA) e a NASA descrevem o mesmo conjunto básico, com intervalos de altitude correspondentes.

A ESA observa que os satélites geoestacionários viajam de oeste a leste diretamente acima do equador a aproximadamente 3 quilômetros por segundo, igualando exatamente a rotação da Terra, então parecem pairar sobre um ponto fixo no solo. O catálogo da NASA acrescenta que os satélites do tipo GPS ficam em uma órbita 'semi-síncrona' a aproximadamente 20.200 quilômetros, completando duas órbitas a cada dia, enquanto a órbita Molniya é uma elipse altamente alongada (excentricidade 0,722) que passa a maior parte de seu período de aproximadamente 12 horas nas altas latitudes do norte, razão pela qual historicamente serviu para comunicações árticas.

Além das órbitas que circulam a Terra, algumas naves espaciais são colocadas em pontos de Lagrange — locais gravitacionalmente equilibrados aproximadamente 1,5 milhão de quilômetros da Terra, segundo a ESA — onde observatórios do espaço profundo podem operar com interferência mínima da Terra e do Sol. Outros saem completamente da órbita da Terra para um caminho heliocêntrico ao redor do Sol uma vez que atingem a velocidade de escape.

Para que são usados os satélites

A escolha da órbita segue diretamente o tipo de missão. O site oficial de informações GPS do governo dos EUA, GPS.gov, descreve o Sistema de Posicionamento Global como construído em três partes: uma constelação de 24 satélites em operação que transmitem continuamente sinais de posição e tempo (o segmento espacial); estações de rastreamento e comando em todo o mundo que mantêm os satélites em suas órbitas adequadas e corrigem seus relógios (o segmento de controle); e os receptores que calculam localização e hora desses sinais (o segmento do usuário).

• Satélites de comunicações retransmitem sinais de televisão, telefone, rádio e internet, principalmente de órbita média e geoestacionária.
• Satélites de navegação como GPS, Galileu, GLONASS e BeiDou transmitem sinais precisos de tempo e posição da órbita terrestre média para que receptores terrestres possam calcular sua própria localização.
• Satélites de observação da Terra, frequentemente em órbitas baixas polares ou heliossincrónicas, imageiam a superfície para previsão do tempo, agricultura, mapeamento e resposta a desastres.
• Satélites científicos estudam o Sol, radiação cósmica e objetos astronômicos distantes, às vezes da órbita da Terra e às vezes de pontos de Lagrange.
• Constelações de banda larga de órbita terrestre baixa, como os milhares de satélites Starlink rastreados por catálogos independentes, fornecem acesso à Internet retransmitindo sinais entre estações terrestres e receptores.

Mantendo satélites em órbita

As órbitas não são livres de manutenção. O Observatório da Terra da NASA observa que os satélites de órbita terrestre baixa experimentam arrasto atmosférico e devem aumentar periodicamente sua altitude: satélites da classe Aqua precisam disso com tanta frequência quanto a cada duas ou três semanas quando o Sol está altamente ativo, mas apenas cerca de quatro vezes ao ano quando a atividade solar é baixa, já que a atividade solar muda a densidade da atmosfera superior. Satélites em todas as altitudes também precisam de correções ocasionais para perturbações gravitacionais e para evitar colisões com detritos ou outras naves espaciais.

Rastrear a população geral de satélites é uma tarefa contínua para observadores independentes. Jonathan's Space Report, um projeto de rastreamento de longa duração, contou 16.988 cargas úteis ativas em órbita terrestre a partir de 12 de outubro de 2026, das quais 11.114 eram satélites Starlink; a grande maioria de satélites ativos foi classificada como estando em Órbita Terrestre Baixa inferior.