인공위성의 종류 및 궤도_Satellite’s Orbit

반경이 r의 원형 궤도를 돌고 있는 인공위성이 있다고 하자.이때 인공위성에 작용하는 중력은 여러분 모두 알다시피 $F=G\frac{Mm}{\combi{r}^2}$F=GMmr2그런데 여기에 뉴턴 제2법칙 F=ma, 구심가속도 a=rw^2와 w=2pi/T(w:각속도(rad/s), T:인공위성의 주기) 관계식을 각각 적용해 보면, $T=\frac{2\pi\combi{r}^{3/2}{\sqrt{GM}$T=2πr3/2√GM을 도출할 수 있다.즉 인공위성의 주기는 지구와의 거리에만 의존하며 멀리 떨어진 인공위성일수록 주기가 길어지고 천천히 움직인다는 것을 알 수 있다.그럼 인공위성 궤도의 종류에 대해 알아보자.인공위성의 궤도는 앞서 말했듯이 거리에만 의존하기 때문에 지구와의 높이(고도)에 따라 구분된다.크게 저궤도, 중궤도, 정지궤도, 고궤도로 나뉘는데 각각 지구와의 거리는 250~2000㎞, 2000~36000㎞, 36000㎞, 36000㎞ 이상이다.고도에 따라 위성의 궤도속도도 다르지만 저궤도(약 700km)에 위치한 위성은 초속 7.5km, 중궤도(약 10000km)에 위치한 위성은 초속 4.9km, 정지궤도 위성은 초속 약 3km의 속도로 비행한다.인공위성 궤도출처: 나무위키저궤도(LEO, Low Earth Orbit)저궤도 위성은 지구 대기의 최고 상층부를 도는 위성에서 대기 밀도가 거의 0에 가깝기 때문에 천문 관측시 대기의 영향을 받지 않는다.그래서 허블 우주 망원경 같은 천체 관측 장비를 저궤도상에 태우고 관측할 수 있다.저궤도는 250~2000km이내에 있는 위성을 말하는데 보통 발사된 위성은 500~1500km이내의 궤도로 공전 중이다.500㎞이내의 궤도에서는 공기 저항에 의해서 인공 위성이 1년 안에 추락하고 1500킬로 이상은 반·앨런대의 지자기의 영향을 받기 때문이다.이 궤도는 기상 관측 등의 목적으로 많이 사용되지만, 특히 고해상도 사진 획득을 목적으로 하는 정찰 위성은 짧은 기간 500km이하의 매우 낮은 궤도를 돌정찰 임무 후 추락할 수도 있다.지구를 일주하는데 약 90~100분이 걸린다.*우리별*아리랑*우주 정거장 극 궤도(Polar Orblt)저궤도 위성의 한가지 형태로 북극과 남극을 잇는 궤도를 둔다.위성이 북극과 남극의 하늘을 도는 동안 지구가 자전하지만 이에 의해서 인공 위성이 서쪽으로 조금씩 기울어 가는 현상이 발생한다.이를 인공 위성 서쪽 현상이라고도 한다.덕분에 지구 전체 표면을 관측할 수 있다는 특징이 있다, 기상 위성 관측 위성, 군사 위성 등에 사용된다.극궤도 위성은 북극과 남극 상공을 하루에 14회 공전한다.극궤도 위성 TERRA 궤도 24시간 출처 : NASA나카 궤도(Meo, Medium Earth Orbit지구를 중심으로 고도 2000km~36000km사이의 궤도이다.*GPS위성 지구 동기 궤도(GSO, Geo Synchronous)지구를 중심으로 고도 약 36000km의 고도를 가진 궤도에서 인공 위성의 각속도가 지구 자전 속도와 같다.-정지 궤도(GEO, Geo-synchronous Orbit)지구의 자전 주기와 같은 공전 주기를 맺은 위성에서 고도는 약 3만 6000km이다.지구의 자전 주기와 정지 궤도 위성의 공전 주기가 같아 항상 같은 지역의 위에 뜨는 것처럼 보이게 되므로 우리가 하늘을 볼 때 항상 정지하는 것처럼 보인다.이런 특징을 이용하여 통신 위성, 기상 위성 등으로 쓰인다.*천리안 위성-경사 궤도 지구 동기 궤도 중, 경사각이 있는 형태로 운영되는 궤도에서 정지 궤도가 위치를 떠나지 않기 위해서 소모하는 많은 연료를 절약하기 위해서 사용된다.지상에서 보면 약 8문자의 궤적이 보인다.출처 : 한국항공우주연구원타원궤도(Elliptical Orbit) 궤도의 높이에 관계없이 지구로부터 거리가 일정하지 않고 고도가 높은 지점(원지점)과 낮은 지점(근지점)이 생긴다.지구를 하나의 초점으로 하고 있는 타원궤도위성은 위성의 고도가 낮을수록 빠르게 움직이고 높을수록 느리게 움직이며, 이러한 특징을 가지고 있는 위성을 모르니야(Molniya) 궤도라고도 한다.위성이 원궤도와 타원궤도를 비행하는 것은 위성의 속도와 관계가 있는데 인공위성이 초속 7.9㎞로 비행하면 원궤도를 돌지만 이보다 빠르게 비행하면 원 모양에서 벗어나 타원 모양을 보이게 된다.타원궤도위성을 이용하면 실험위성 등과 같이 우주의 한 점을 바라보는 것이 중요한 위성으로 사용돼 고위도에 위치한 국가에서 통신하는 데 유리하다.