Programmi di tracciamento e orbite

La più semplice orbita di un satellite è quella circolare caratterizzata solo da altitudine (altezza del satellite da terra) e inclinazione orbitale cioè l'angolo formato tra il piano dell'orbita del satellite e il piano dell'equatore terrestre.

In effetti la maggior parte delle orbite sono ellittiche e l'altezza dell'orbita varia tra quella dell'apogeo (massima) a quella del perigeo (minima).
I programmi di tracciamento usano modelli di calcolo più sofisticati che tengono conto delle orbite ellittiche, della non sfericità della terra, dei fenomeni di rifrazione, e di molti altri parametri. Gli elementi orbitali necessari al tracciamento sono contenuti in 2 righe di informazioni standardizzate detti TLE (two line elements). Questi dati sono scaricabili da diversi siti internet e sono variabili nel tempo a causa, per esempio dell'attrito con gli strati più alti dell'atmosfera.

Luminosità

La luminosità è espressa in magnitudine usata anche in astronomia. Minore è la magnitudine maggiore è la luminosità. Per avere un'idea, le più stelle appena visibili a occhio nudo hanno magnitudine di circa 5, mentre le più brillanti hanno magnitudini tra 0 e -1.

Altezza dell'orbita: all'aumentare dell'altezza dell'orbita diminuisce la luminosità. L'altezza, a seconda del tipo di satellite, può variare da circa 150 a 40 mila Km.
Tipo di superficie: una superficie liscia e a specchio è in grado di riflettere molto bene la radiazione solare es. i pannelli solari di cui molti satelliti sono dotati
Dimensione: ovvio
Orientamento della superficie: questa determina la direzione in cui è riflessa la luce solare. Se consideriamo una superficie sferica, la massima luminosità si ha quando l'angolo sole-satellite-osservatore è zero. (come nel caso della luna piena in cui il sole è circa diametralmente opposto alla luna).
La luminosità di un satellite può cambiare nel corso del suo movimento nel cielo: in un cielo serale essa sarà massima quando si trova a est (perchè il sole si trova ad ovest sotto l'orizzonte) eccetto ovviamente se si trova entro il cono d'ombra della terra. Viceversa nel cielo del mattino.
Se l'oggetto ruota su se stesso in una qualche maniera, come per esempio gli stadi distaccatisi dai razzi vettori, o a causa dello "strisciamento" con l'atmosfera (per satelliti con perigeo piuttosto basso), esso ci apparirà con luce intermittente a causa dell'irregolarità della riflessione.
Altezza sull'orizzonte locale: a parità di altre condizioni, un passaggio basso sull'orizzonte abbasserà la luminosità del satellite di una o due magnitudini rispetto al passaggio allo zenit. Questo a causa del diverso strato di atmosfera che la luce deve attraversare per giungere all'osservatore. (Così come la luce del sole è molto meno intensa quando esso si trova all'orizzonte).

Visibilità e inclinazione orbitale:

L'inclinazione orbitale determina sopra quali regioni della terra volerà il satellite. Ad esempio in un orbita inclinata di 25° la "traccia terrestre", ossia la linea tracciata dai punti sottostanti il satellite nel corso del suo movimento, non oltrepasserà i 25° di latitudine nord e i 25° di latitudine sud e sarà sempre interna a questi due limiti.
Questo satellite non sarà visibile, ad esempio,  dal nord Europa a meno che la sua altitudine sia sopra i 1500 Km, ma anche in questo caso la sua altezza sull'orizzonte locale sarà bassissima. Riassumendo per essere visibile deve avere una inclinazione orbitale maggiore o circa uguale alla latitudine dell'osservatore.

In base all'inclinazione possiamo classificare le orbite satellitari in tre categorie:

1) equatoriali -  aventi inclinazioni da 0 a circa 70°. Sono satelliti che quasi sempre appaiono muoversi da ovest verso est. Infatti si preferisce lanciare satelliti in direzione est per avvantaggiarsi del moto di rotazione terrestre che "gratuitamente" fornisce una certa velocità iniziale facendo risparmiare carburante al vettore e/o aumentandone il carico trasportabile.

2) geostazionari/geosincroni - sono un tipo particolare degli equatoriali con la caratteristica di avere un altitudine orbitale di circa 36000 Km (orbita di Clark in onore di Arthur Clarke che per primo ne  suggerì l'utilità) che comporta un periodo di rivoluzione intorno alla terra proprio di un giorno (siderale pari a 23 ore e 56 minuti).
Questo fa si che esso permanga sempre sullo stesso punto sopra la terra. Sono impiegati per comunicazioni o per scopi meteorologici. Data la loro altezza sono osservabili solo con binocoli o telescopi.

3) polari - con elevata inclinazione orbitale. Sorvolano le regioni polari e coprono, in poche rivoluzioni, tutte le regioni della terra dato che essa ruota sotto di essa. In particolare le orbite dei satelliti ad uso fotografico-meteorologico e i satelliti "osservativi" (spia) sono anche sincronizzate con il sole, nel senso che il loro piano orbitale è fisso rispetto alla direzione terra-sole così che sorvolano la stessa regione sempre alla stessa ora. Ciò è utile nelle interpretazioni fotografiche.

Visibilità e cono d'ombra della Terra.

Quando un satellite è nel cono d'ombra della Terra (è eclissato) risulta ovviamente invisibile. Questa condizione dipende dall'altitudine dell'orbita, dalla sua inclinazione, del periodo dell'anno e dalla latitudine dell'osservatore.
Più l'orbita è alta e meno tempo sarà eclissato. (Si pensi alla luna che viene eclissata molto raramente dato che orbita in prossimità della punta del cono d'ombra).
Più l'inclinazione è elevata e meno tempo sarà eclissato, dato che il sole (e quindi il vertice del cono d'ombra) non si discosta mai più di 23,5 ° dall'equatore.
Più la latitudine dell'osservatore è bassa (ad esempio all'equatore) più estesa sarà la parte di cielo notturno occupato dal cono d'ombra.