人工衛星の軌道
人工衛星の1日当たりの周回数がちょうど整数になる軌道。地球が1回転する間に、衛星が何回か地球をまわり、次の日の同じ時刻に、同じ地点の上空に再びその衛星が飛来する。 同期軌道 (SO) 惑星の自転周期と衛星の公転周期が等しい軌道。地上観測者から見ると衛星はアナレンマ上を動く。 対地同期軌道 (GEO) 地球を周回する同期軌道。高度約、35,786 km。 静止軌道 (GSO) 軌道傾斜角が0°の対地同期軌道。地上の観測者からは衛星が空に固定されているように見える。アーサー・C・クラークに因んでクラーク軌道とも呼ばれる。 墓場軌道 地球同期軌道の数百km上の軌道。衛星は任務終了時にここに移動する。 分同期軌道(英語版) 静止軌道・地球同期軌道のすぐ下にあるドリフト軌道。衛星は東にドリフトする。 準同期軌道 公転周期が惑星の自転周期の2分の1に等しい軌道。
なお、物体の地表からの高度を大きくすると、円軌道に達する速度も地球を脱出する速度も、上記の地表すれすれの速度より小さくて済む。
高度を変えたとき、円軌道を達成するために必要な初速とその高度での円軌道の周期は次の通りである。
話題を人工衛星に限ると、初期の高度が大気圏外(実用上は概ね100 km以上)で、円軌道または楕円軌道を描く場合を取り扱うことになる。
人工衛星の運動は近似的にニュートン力学の範囲で記述可能であり、その結果はケプラーの法則にしたがう(別に人工衛星に限らない)。但し、重力を及ぼしあう複数の物体の運動は、物体数が3以上の場合では解析的に解くことができない(多体問題)。このため物体数を2個、すなわち地球と人工衛星のみとして(二体問題)解き、他の天体、例えば太陽や月の重力による影響を摂動として加えて実用的な解を得るのが普通である。
また、二体問題では物体を質点として扱うが、地球‐人工衛星の系の場合、後者はともかく前者は現実には質点ではない。一応、軌道計算では球対称であれば質点と看做しても構わないが、地球は真球体ではないため、これも考慮する必要がある。通常は回転楕円体として扱う(ベッセル楕円体、GRS80楕円体)。
人工衛星の軌道は一定の平面内に限定される。後述の摂動により多少のずれが生じるが、意図的な軌道変換を行う場合を除き短期的には同一平面上にあると言ってよい。この平面を軌道面という。