Para que um satélite natural ou artificial permaneça em órbita, ele precisa estar dentro de um intervalo certo de velocidade. A inércia de um corpo em movimento tende a fazê-lo se mover em linha reta, mas a força gravitacional tende a puxá-lo na direção do corpo em torno do qual se move.
A órbita representa esse equilíbrio entre a gravidade e a inércia.
Um canhão disparando no topo de uma montanha lança projéteis mais longe se a velocidade do disparo aumentar. Se for grande o bastante, o projétil nem cai no chão! Podemos imaginar que a superfície da Terra “se curva” para longe do projétil, tão rápido quanto este cai em sua direção.
Um satélite em órbita da Terra (ou um planeta em volta do Sol) se comporta desse jeito: está sempre “caindo”, mas nunca chega a colidir com o astro central porque este “foge” dele! Só que quanto mais massa tiver o corpo em torno do qual se está em órbita, maior será sua força gravitacional e, portanto, mais velocidade orbital o satélite precisará para não cair.
O satélite tenta se afastar da Terra, mas ao mesmo tempo é puxado de volta pela gravidade. O resultado é a sua órbita em torno do planeta. A velocidade é o “segredo” para se manter em órbita. Se aumentar muito, ele tende a escapar para o espaço. Se diminuir, a gravidade vence e ele reentra na atmosfera, sendo despedaçado.
É preciso levar em conta a distância também. Quanto mais longe do centro de massa do corpo de atração um satélite está, mais fraca será a força gravitacional e menos velocidade ele precisará para permanecer em órbita.
A velocidade média da Lua em torno da Terra é de 3.680 km/h e a velocidade média da estação espacial internacional (ISS) é de 27.500 km/h. A diferença se deve justamente a distância desses corpos até o centro de massa da Terra.
Altitudes orbitais
Clique na figura ou no link acima e use a roda do seu mouse para mover e dar zoom numa imagem que exibe, em escala, as altitudes orbitais mais utilizadas pelos satélites em volta da Terra. Traduzido do original, em Wikipédia.
Queda livre
Falamos “em média” porque a velocidade orbital não é um valor fixo ou constante. Todo satélite (natural ou artificial) ou todo planeta em volta de sua estrela se desloca numa órbita em forma de elipse. Haverá uma velocidade média; entre a máxima – quando ele se aproximar mais do corpo em torno do qual está em órbita, e a mínima – quando estiver o mais distante possível.
Planetas, cometas, asteroides, luas e satélites artificiais não estão flutuando no espaço. Estão caindo! Se estão em órbita, é porque a força de gravidade de algum corpo está os atraindo. É sua velocidade orbital que impede de colidirem com o corpo central, mantendo-os nessa “queda livre”.
É por isso que os astronautas parecem estar flutuando preguiçosamente em suas naves. Uma sensação também chamada de imponderabilidade. Não se engane: a gravidade está agindo o tempo todo. O astronauta se comporta como se estivesse na cabine de um elevador despencando livremente, sem os cabos de tração. Sorte que essa cabine cai num poço sem fim. 
+ A beleza da elipse
+ Newton’s cannonball