แบบจำลองการสลายตัวแบบง่ายสำหรับวงโคจรสองวัตถุที่เกือบเป็นวงกลมรอบวัตถุกลาง (หรือดาวเคราะห์) ที่มีบรรยากาศ ในแง่ของอัตราการเปลี่ยนแปลงของระดับความสูงของวงโคจร มีดังต่อไปนี้^{[ 2 ]}

${\displaystyle {\frac {dR}{dt}}={\frac {\alpha _{o}(R)\cdot T(R)}{\pi }}}$

โดยที่Rคือระยะห่างของยานอวกาศจากจุดกำเนิดของดาวเคราะห์αoคือผลรวมของความเร่งทั้งหมดที่ฉายลงบนทิศทางตามแนวการเคลื่อนที่ของยานอวกาศ (หรือขนานกับเวกเตอร์ความเร็วของยานอวกาศ) และคือคาบการโคจรของเคปเลอร์ โปรดทราบว่าαoมักจะเป็นฟังก์ชันของRเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของบรรยากาศในระดับความสูง และTเป็นฟังก์ชันของRตามกฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ของเคปร์

หากพิจารณาเฉพาะแรงต้านอากาศเพียงอย่างเดียว เราสามารถประมาณค่าการลดความเร็ว เนื่องจาก ต้านอากาศ αoเป็นฟังก์ชันของรัศมีวงโคจรRโดยใช้สมการแรงต้านอากาศด้านล่างนี้:

${\displaystyle \alpha _{o}\,=\,{\tfrac {1}{2}}\,\rho (R)\,v^{2}\,c_{\rm {d}}\,{\frac {A}{m}}}$

${\displaystyle \rho (R)}$คือความหนาแน่นมวลของชั้นบรรยากาศ ซึ่งเป็นฟังก์ชันของรัศมี R จากจุดกำเนิด

${\displaystyle v}$คือความเร็วเชิงวงโคจร

${\displaystyle A}$คือพื้นที่อ้างอิงแรงต้าน

${\displaystyle m}$คือมวลของดาวเทียม และ

${\displaystyle c_{\rm {d}}}$คือค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านแบบไร้มิติ ที่เกี่ยวข้องกับรูปทรงเรขาคณิตของดาวเทียม โดยคำนึงถึงแรงเสียดทานผิวและแรงต้านรูปทรง (~2.2 สำหรับดาวเทียมทรงลูกบาศก์)

แบบจำลองการลดลงของวงโคจรได้รับการทดสอบกับข้อมูลการวัด GPS จริงของVELOX-C1 เป็นเวลาประมาณ 1 ปี โดยค่าเฉลี่ยการลดลงของวงโคจรที่วัดได้ผ่าน GPS คือ 2.566  กิโลเมตร ในช่วงเดือนธันวาคม 2015 ถึงพฤศจิกายน 2016 และแบบจำลองการลดลงของวงโคจรทำนายว่าจะลดลง 2.444  กิโลเมตร ซึ่งคิดเป็นความคลาดเคลื่อน 5%

ORBITM (ORBIT Maintenance and Propulsion Sizing) เป็น ซอฟต์แวร์โอเพนซอร์สที่เขียนด้วย ภาษา Pythonซึ่งเปิดให้ใช้งานได้ฟรีบน GitHub สำหรับผู้ใช้ Python ที่ใช้โมเดลข้างต้น

จากการอนุรักษ์พลังงานกลพลังงานของวงโคจรคือผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์โน้มถ่วง ในวงโคจรสองวัตถุ ที่ไม่ถูกรบกวน โดยการแทนสมการวิส-วิวาลงในส่วนประกอบของพลังงานจลน์ พลังงานวงโคจรของวงโคจรวงกลมจึงกำหนดได้ดังนี้:

${\displaystyle U=KE+GPE=-{\frac {GM_{E}m}{2R}}}$

โดยที่Gคือค่าคงที่ความโน้มถ่วง, MEคือมวลของวัตถุศูนย์กลาง และm คือมวลของดาวเทียมที่โคจรอยู่ เราหาอนุพันธ์ของ วงโคจรเทียบกับรัศมี

${\displaystyle {\frac {dU}{dR}}={\frac {GM_{E}m}{2R^{2}}}}$

แรงหน่วงรวม ซึ่งโดยปกติคือแรงต้านอากาศสำหรับวงโคจรต่ำของโลก ที่กระทำต่อดาวเทียมที่มีมวลคงที่mนั้น กำหนดโดยแรงF บางค่า อัตราการสูญเสียพลังงานวงโคจรก็คืออัตราที่แรงภายนอกทำงานเชิงลบต่อดาวเทียมขณะที่ดาวเทียมเคลื่อนที่ผ่านส่วนโค้งวงกลมที่มีความยาวเล็กน้อยds ซึ่งครอบคลุมด้วยมุมเล็กน้อยdθและอัตราเชิงมุมω

${\displaystyle {\frac {dU}{dt}}={\frac {F\cdot ds}{dt}}={\frac {F\cdot R\cdot d\theta }{dt}}=F\cdot R\cdot \omega }$

อัตราเชิงมุมωหรือที่รู้จักกันในชื่อการเคลื่อนที่เฉลี่ยโดยสำหรับวงโคจรวงกลมสองวัตถุที่มีรัศมีRจะแสดงได้ดังนี้:

${\displaystyle \omega ={\frac {2\pi }{T}}={\sqrt {\frac {GM_{E}}{R^{3}}}}}$

และ...

${\displaystyle F=m\cdot \alpha _{o}}$

เมื่อแทนค่าลงในอัตราการเปลี่ยนแปลงของพลังงานวงโคจรข้างต้น และแสดงแรงต้านภายนอกหรือแรงสลายตัวในรูปของการลดความเร็วαoอัตราการเปลี่ยนแปลงของพลังงานวงโคจรเทียบกับเวลาสามารถแสดงได้ดังนี้:

${\displaystyle {\frac {dU}{dt}}=m\cdot \alpha _{o}\cdot {\sqrt {\frac {GM_{E}}{R}}}}$

การมีสมการสำหรับอัตราการเปลี่ยนแปลงของพลังงานวงโคจรเทียบกับทั้งระยะทางรัศมีและเวลา ทำให้เราสามารถหาอัตราการเปลี่ยนแปลงของระยะทางรัศมีเทียบกับเวลาได้ดังที่แสดงด้านล่าง

${\displaystyle {\frac {dR}{dt}}=\left(\left({\frac {dU}{dR}}\right)^{-1}\cdot {\frac {dU}{dt}}\right)}$

${\displaystyle =2\alpha _{o}\cdot {\sqrt {\frac {R^{3}}{GM_{E}}}}}$

${\displaystyle ={\frac {\alpha _{o}\cdot T}{\pi }}}$

ข้อสมมติที่ใช้ในการคำนวณข้างต้นคือ วงโคจรยังคงเป็นวงกลมเกือบตลอดกระบวนการสลายตัว ดังนั้นสมการสำหรับพลังงานวงโคจรจึงคล้ายคลึงกับกรณีของวงโคจรวงกลม ซึ่งมักจะเป็นจริงสำหรับวงโคจรที่เริ่มต้นเป็นวงกลม เนื่องจากแรงต้านถือว่า "ทำให้กลับมาเป็นวงกลมอีกครั้ง" เพราะขนาดของแรงต้านที่จุดใกล้ที่สุด (ระดับความสูงต่ำสุด) คาดว่าจะมากกว่าที่จุดไกลที่สุดซึ่งมีผลทำให้ค่าความเยื้องศูนย์กลางเฉลี่ยลดลง

แรงต้านอากาศที่ระดับความสูงวงโคจรเกิดจากการชนกันบ่อยครั้งของโมเลกุล ก๊าซ กับดาวเทียม เป็นสาเหตุหลักของการลดระดับความสูงของวงโคจรของดาวเทียมในวงโคจรต่ำของโลกส่งผลให้ระดับความสูงของวงโคจรของดาวเทียมลดลง สำหรับกรณีของโลก แรงต้านอากาศที่ทำให้ดาวเทียมกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศสามารถอธิบายได้ด้วยลำดับต่อไปนี้:

ระดับความสูงที่ต่ำลง → ชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นขึ้น → แรงต้านอากาศเพิ่มขึ้น → ความร้อนเพิ่มขึ้น → มักจะไหม้เมื่อกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ

ดังนั้น การลดลงของวงโคจรจึงเกี่ยวข้องกับ ผล ป้อนกลับเชิงบวกโดยยิ่งวงโคจรลดลงมากเท่าไร ระดับความสูงก็จะยิ่งลดลงมากเท่านั้น และยิ่งระดับความสูงลดลงมากเท่าไร การลดลงก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น การลดลงยังมีความไวต่อปัจจัยภายนอกของสภาพแวดล้อมในอวกาศ เช่น กิจกรรมของดวงอาทิตย์ ซึ่งไม่สามารถคาดการณ์ได้มากนัก ในช่วงที่ดวงอาทิตย์มีกิจกรรมสูงสุดบรรยากาศของโลกจะทำให้เกิดแรงต้านอย่างมากจนถึงระดับความสูงที่สูงกว่าในช่วงที่ดวงอาทิตย์มีกิจกรรม ต่ำสุดมาก ^{[ 4 ]}

แรงต้านอากาศมีผลกระทบอย่างมากที่ระดับความสูงของสถานีอวกาศกระสวยอวกาศและยานอวกาศที่มีลูกเรือโคจรรอบโลก รวมถึงดาวเทียมที่มี "วงโคจรต่ำของโลก" ที่ค่อนข้างสูง เช่นกล้องโทรทัศน์อวกาศฮับเบิลสถานีอวกาศมักต้องการการเพิ่มระดับความสูงเป็นประจำเพื่อชดเชยการลดลงของวงโคจร (ดูเพิ่มเติมที่การรักษาสถานีวงโคจร ) การลดลงของวงโคจรที่ควบคุมไม่ได้ทำให้สถานีอวกาศสกายแล็บ ตกลงมา ^{[ 5 ]}และการลดลงของวงโคจรที่ (ค่อนข้าง) ควบคุมได้ถูกนำมาใช้เพื่อลดระดับวงโคจรของสถานีอวกาศมีร์^{[ 6 ]}

การปรับวงโคจรของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเกิดขึ้นไม่บ่อยนักเนื่องจากระดับความสูงที่สูงกว่ามาก อย่างไรก็ตาม การลดลงของวงโคจรยังเป็นปัจจัยจำกัดระยะเวลาที่ฮับเบิลสามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องมีการบำรุงรักษา ซึ่งครั้งล่าสุดประสบความสำเร็จโดยภารกิจSTS-125ร่วมกับกระสวยอวกาศแอตแลนติสในปี 2552 กล้องโทรทรรศน์อวกาศ รุ่นใหม่กว่า อยู่ในวงโคจรที่สูงกว่ามาก หรือในบางกรณีอยู่ในวงโคจรของดวงอาทิตย์ ดังนั้นการปรับวงโคจรอาจไม่จำเป็น^{[ 7 ]}

วงโคจรยังสามารถเสื่อมลงได้จากการเร่งความเร็วของกระแสน้ำ ขึ้นน้ำลงที่เป็นลบ เมื่อวัตถุที่โคจรอยู่ต่ำกว่าวงโคจรซิงโครนัส [ ^{8 ] ซึ่ง}จะดูดโมเมนตัมเชิงมุมจากวัตถุที่โคจรและถ่ายโอนไปยังการหมุนของวัตถุหลัก ทำให้ระดับความสูงของวงโคจรลดลง

ตัวอย่างของดาวเทียมที่ประสบกับการลดลงของวงโคจรเนื่องจากแรงดึงดูด ได้แก่ โฟบอส ดวงจันทร์ของดาวอังคาร^{[ 8} ]ไทร^{ทันดวง}จันทร์ของดาวเนปจูน[ ^{9 ]}และอาจรวมถึงดาวเคราะห์นอกระบบTrES- 3b ^{[ 10 ]}

วัตถุขนาดเล็กในระบบสุริยะยังประสบกับการลดลงของวงโคจรเนื่องจากแรงที่เกิดจากแรงดันรังสีที่ไม่สมมาตร ในอุดมคติแล้ว พลังงานที่ดูดซับจะเท่ากับ พลังงาน ของวัตถุดำที่ปล่อยออกมา ณ จุดใดจุดหนึ่ง ส่งผลให้ไม่มีแรงสุทธิ อย่างไรก็ตามปรากฏการณ์ Yarkovskyคือปรากฏการณ์ที่เนื่องจากการดูดซับและการแผ่รังสีความร้อนไม่ได้เกิดขึ้นทันที วัตถุที่ไม่ถูกล็อกด้วยแรงโน้มถ่วงจะดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์บนพื้นผิวที่สัมผัสกับดวงอาทิตย์ แต่พื้นผิวเหล่านั้นจะไม่ปล่อยพลังงานนั้นออกมามากนักจนกว่าวัตถุจะหมุนรอบตัวเอง ดังนั้นการปล่อยพลังงานจึงขนานกับวงโคจรของวัตถุ^{[ 11 ]}ส่งผลให้เกิดความเร่งเล็กน้อยขนานกับเส้นทางวงโคจร แต่ความเร่งนี้อาจมีความสำคัญสำหรับวัตถุขนาดเล็กในช่วงเวลาหลายล้านปี ปรากฏการณ์ Poynting-Robertson คือแรงที่ต้านความเร็วของวัตถุที่เกิดจากการตกกระทบของแสงที่ไม่สมมาตร กล่าวคือการเบี่ยงเบนของแสงสำหรับวัตถุที่มีการหมุนตามทิศทางเดียวกัน ผลกระทบทั้งสองนี้จะใช้แรงที่ตรงข้ามกัน แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่เท่ากัน

การแผ่รังสีความโน้มถ่วงเป็นอีกกลไกหนึ่งของการเสื่อมสภาพของวงโคจร มันมีผลน้อยมากสำหรับวงโคจรของดาวเคราะห์และดาวบริวาร (เมื่อพิจารณาการเคลื่อนที่ในวงโคจรในช่วงเวลาหลายศตวรรษ หลายทศวรรษ หรือน้อยกว่านั้น) แต่จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนสำหรับระบบของวัตถุขนาดเล็กดังที่เห็นได้จากการสังเกตวงโคจรของดาวนิวตรอน วัตถุที่โคจรทั้งหมดแผ่พลังงานความโน้มถ่วงออกมา ดังนั้นจึงไม่มีวงโคจรใดที่เสถียรอย่างไม่มีที่สิ้นสุด

ดาวเทียมที่ใช้สายเคเบิลไฟฟ้าสถิตในการเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กโลก จะสร้างแรงต้านที่อาจทำให้ดาวเทียมหลุดจากวงโคจรในที่สุด