Lage baan satellieten bewegen op een hoogte tussen de 80 km en 2000 km om de aarde. Veel weersatellieten en de meeste wetenschappelijke satellieten bewegen in deze lage baan, vaak op een hoogte van 700-900 km boven de aarde.
Voor- en nadelen
De lage hoogte van de LEO-satellieten heeft een aantal voor- en nadelen. Voor aardobservatie heeft het als voordeel dat een goede ruimtelijke resolutie mogelijk is. Door de kleinere afstand is het ook makkelijker om metingen met actieve sensoren (radar of lidar) te doen. Voor communicatiesatellieten heeft de lage baan het voordeel dat het signaal slechts een relatief kleine afstand hoeft af te leggen tussen het grondstation en de satelliet. Hierdoor is de vertraging van het signaal, de tijd die verstrijkt tussen de verzending en ontvangst van een signaal, klein. Geostationaire satellieten hebben een langere vertraging, wat storend kan zijn bij telefoongesprekken en live media streaming. Een bijkomend voordeel is dat ten gevolge van de geringe hoogte de verzending en ontvangst van signalen minder energie vergt en hierdoor goedkoper uitvalt.
LEO-satellieten hebben ook een aantal nadelen. Ze circuleren met een hoge snelheid boven het aardoppervlak. Voor communicatiesatellieten heeft dit tot gevolg dat LEO-satellieten zich gedurende een korte periode in het gezichtsveld bevinden van een bepaald grondstation. De geringe hoogte impliceert eveneens dat de "footprint" of "servicegebied" van een LEO-satelliet kleiner is dan die van een GEO- of MEO-satelliet. Om met LEO-satellieten een permanente, wereldwijde dekking te garanderen is dus een omvangrijk satellietnetwerk vereist.
Door de grotere omloopverval (de aanhoudende vermindering van hoogte van de satelliet) bij LEO-satellieten als gevolg van een grotere afremming door de atmosfeer (dichter bij de aarde is de concentratie luchtmoleculen en dus de wrijving groter) is de levensduur van de satelliet onder normale omstandigheden korter dan voor satellieten in hogere banen. De gemiddelde levensduur van LEO-satellieten is 5 tot 7 jaar, terwijl MEO-satellieten gemiddeld 10-15 jaar meegaan en GEO-satellieten gemiddeld 15 jaar.
Soorten
LEO-satellieten bewgen in verschillende typen banen: polaire banen, waaronder niet-zonsynchrone en zonsynchrone banen, en geïnclineerde niet-polaire banen.
Polaire baan
Een polaire baan staat bijna haaks op de evenaar (inclinatie van ongeveer 90°). Elke baan om de aarde passeert de satelliet zowel de Noord- als Zuidpool. Omdat de aarde als het ware onder deze baan heen draait, kan de satelliet elke plek van de aarde observeren. Tijdens een halve baan ziet de satelliet de dagzijde van de aarde. Op de pool vliegt de satelliet in de nachtzijde van de aarde. Als de satelliet weer terug is in de dagzijde van de aarde, vliegt het over het gebied aangrenzend aan het gebied die de satelliet in z’n vorige baan passeerde. Afhankelijk van z’n hoogte is de omlooptijd van een polaire satelliet ongeveer honderd minuten. Gedurende een periode van 24 uur passeert de satelliet het grootste deel van de aarde twee keer, een keer bij daglicht en een keer tijdens de nacht.
Polaire niet-zonsynchrone baan
In een polaire niet-zonsynchrone baan vliegt een satelliet wel over de polen maar synchroniseert daarbij niet met de locale zonnetijd bij het passeren van dezelfde breedtegraden. Voorbeelden van satellieten in deze baan zijn satellieten die niet aan zonlicht gebonden zijn, zoals zwaartekrachtmissies (bijvoorbeeld CHAMP [inclinatie: 87.4°] en GRACE [inclinatie: 89°]) of satellieten met actieve sensoren zoals LIDAR (bijvoorbeeld ICESat [inclinatie: 94°]).
(Polaire) zonsynchrone baan
Een speciale vorm van de polaire baan is de zonsynchrone baan. De zonsynchrone banen liggen tussen de 20 graden rondom een inclinatie van 90 graden ten opzichte van de evenaar. Kenmerkende zonsynchrone banen hebben een hoogte tussen 600–800 km, een inclinatie rond de 98° en een omlooptijd van 96–100 minuten.
Een satelliet in een zonsynchrone baan passeert elke dag (en nacht) alle breedtegraden op dezelfde lokale (zonne)tijd (door een combinatie van de juiste hoogte en inclinatie). Zo’n satelliet passeert de evenaar bijvoorbeeld twaalf keer per dag elke keer om 3 uur ‘s middags. De zonsynchrone Terra-satelliet passeert de evenaar bijvoorbeeld telkens rond half elf ’s ochtends. De eerst overvlucht vliegt de satelliet bijvoorbeeld boven Brazilië en de volgende overvlucht ongeveer 99 minuten later boven Ecuador of Colombia, ook weer rond 10.30uur lokale tijd. Dit wordt bereikt door de baan van de satelliet elke dag ongeveer één graad oostwaarts op te schuiven, om zo de wenteling van de aarde om de zon heen bij te houden (de aarde draait in ongeveer 365 dagen een complete cirkel van 360 graden om de zon).
Doordat de zonsynchrone baan synchroon loopt met de omwenteling van de aarde om de zon, is de hoek van de belichting vrijwel altijd gelijk. Dit is nodig om beelden van verschillende seizoenen en jaartallen te vergelijken, zonder dat extreme veranderingen in schaduw en belichting de illusie van verandering kunnen wekken. Zonder een zonsynchrone baan zou het erg moeilijk zijn om mutaties in de tijd te detecteren. Met name voor het bestuderen van klimaatverandering is het van belang dat de data consistent is. Van deze baan wordt daarom vooral gebruikgemaakt door wetenschappelijke satellieten die worden gebruikt bij onderzoek naar klimaat en milieu. Afgezien van de seizoensvariaties is deze constante belichting een nuttige eigenschap voor satellieten die een constante hoeveelheid zonlicht nodig hebben, zoals satellieten die de aarde observeren in zichtbaar licht of infrarode golflengtes. Satellieten die optische beelden van de aarde maken werken het beste bij fel zonlicht. Satellieten die straling in de lange golf meten werken juist het beste in complete duisternis. Ook kan het nuttig zijn voor andere vormen van dataverzameling, bijvoorbeeld kan de luchtkwaliteit op een bepaalde plek altijd op hetzelfde tijdstip worden gemeten.
Zonsynchrone satellieten bewegen niet precies over de polen, maar wel dichtbij genoeg voor een wereldwijde dekking met één satelliet. Met slechts één polaire (zonsynchrone) satelliet is een continue observatie in de tijd echter niet mogelijk. De satelliet komt weliswaar wel elke omlooptijd van ongeveer 100 minuten over de polen, maar veel minder vaak over de gebieden rond de evenaar (2 dagelijks voor de meeste huidige meteorologische satellieten). Dit kan worden verholpen door gebruik te maken van een constellatie van satellieten.
De meeste aardobservatie missies gebruiken satellieten in de polaire zonsynchrone banen. Voorbeelden zijn Worldview, Geoeye, Quickbird, Ikonos, Spot, Landsat, ERS, Radarsat, TerraSAR, Nimbus-7 (de eerste zonsynchrone satelliet, 99.15° inclinatie], Aqua [98.2° inclinatie], Terra [98.2° inclinatie], Aura [98.2° inclinatie], CALIPSO [98.2° inclinatie].
Grondspoor van satelliet in een zonsynchrone baan satelliet
Een voorbeeld van de dagelijkse dekking van een zonsynchrone satelliet
Zonsynchrone ochtend/avondschemering baan
Een speciale vorm van de zonsynchrone baan is de zogenaamde ochtend/avondschemering baan. In deze baan passeert de satelliet de evenaar rond zonsopgang en zonsondergang locale tijd, waardoor de satelliet op de dag-nachtgrens (schemerzone) vliegt. Dit is nuttig voor satellieten die veel energie nodig hebben (zoals actieve radarsatellieten) omdat de zonnepanelen continu zonlicht kunnen opvangen. Ook is het nuttig voor sommige satellieten met passieve instrumenten die de invloed van de zon moeten beperken bij hun metingen, omdat ze hun instrumenten altijd op de nachtzijde van de aarde kunnen richten.
Geïnclineerde niet-polaire baan
Satellieten in deze baan hebben een inclinatie kleiner dan 70 graden en bewegen daardoor niet over de polen en zijn niet zonsynchroon. Voorbeelden zijn het Internationaal ruimtevaartstation ISS (360 km) [inclinatie 51.6°], TOPEX/POSEIDON [inclinatie 66.5°], TRMM [inclinatie 35°].
Grondspoor van satelliet in een geïnclineerde niet-polaire baan
De Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) satelliet werd gelanceerd om tropische regenval te monitoren. Door middel van z’n lage inclinatie (35°) blijft het boven de tropen dicht bij de evenaar rondbewegen.
Dit beeld laat een helft van de dagelijkse waarnemingen van TRMM zien (NASA image courtesy TRMM Project).
