인공위성의 궤도와 속도

인공위성의 궤도와 속도

위성의 궤도는 고도(높이)에 따라 저궤도(250~2000km), 중궤도(2000~3만 6,000km), 정지궤도(3만 6,000km), 고궤도(3만 6,000km 이상)로 나눌 수 있다. 지구관측위성은이나 첩보위성은 낮은 궤도를 도는데 그 이유는 지구 표면을 관찰해야하기 때문이다.

첩보위성의 경우 목표를 더 자세히 관찰해야 할 때 고도가 낮은 고도 200km 궤도로 옮겨갔다가 다시 원래의 궤도로 돌아가기도 한다. 우주정거장 역시 우주에서의 생활이나 연구에 필요한 물품들을 종종 보내거나 우주비행사들이 오고가고 해야하기 때문에 비교적 낮은 350km궤도에 있다고 한다.

그에 반해 위치정보위성(GPS)과 같은 항법위성은 지구에 이동수단의 경로를 알려주어야 하거나 건물의 위치를 알려줘야 하기 때문에 고도 약 2000km~3만km 사이인 중궤도에 위치해있다고 한다.

무궁화성 같은 통신위성들은 중궤도보다 높은 정지궤도에 있는데 이동통신이 잘 이루어져야 하기 때문에 최대한 넓은 범위에서 통신 중계를 해야하기 때문이다. 천리안위성 같은 기상위성도 정지궤도에 있다. 그 이유 역시 한번에 넓은 지역을 관찰할 수 있어야 날씨 변화를 예측할 수 있기 때문이다.

고도에 따라 위성의 궤도 속도도 다르다고 한다. 고도 700km에 위치한 다목적실용위성은 초속 7.5km로, 고도 1만 km에 위치한 중궤도 위성은 초속 4.9km로, 고도 3만 6,000km에 위치한 정지궤도위성은 초속 약 3km로 비행한다고 한다.

위성은 남극과 북극을 가로질러서 비행하거나 지구의 적도를 비행하기 때문에 적도 궤도와 극궤도 두 가지로 나눌 수 있다.

적도궤도는 기상 등을 관측하는 통신, 광범위한 특정지역의 통신, 기상 위성들이 젇고 궤도를 이용한다. 적도궤도는 적도와 차이가 0도가 되는 곳으로 적도궤도에 있는 위성은 자구의 자전속도에 맞추면서 공전하며 지상에서 망원경을 통해 관측을 한다고 하면 항상 같은 자리에 있는 것처럼 보인다고 한다.

극궤도는 지구관측위성이나 첩보위성이 이용하는데 저도와 90도의 각도를 이루는 궤도이다. 남극과 북극을 지닌다고 한다. 지구가 동서로 자전하는 동안 극궤도 위성은 남북으로 비행하기 때문에 지구 전체를 관찰할 수 있는 장점이 있다.

위성은 모양에 따라 나눌 수도 있는데 원궤도와 타원궤도이다. 원궤도는 지구를 중심으로 볼링공 모양으로 같이 동그랗게 도는 궤도이다. 반면에 타원궤도는 달걀모양으로 궤도에서 지구까지 아주 가까운 지점과 아주 먼 지점에 있다. 이러한 차이가 나는 것은 인공위성의 임무에 따라서 공전 속도가 서로 다르기 때문이다.

위성이 원궤도와 타원궤도를 비행하는 이유는 위성의 속도와 관련이 있다. 인공위성이 초속 7.9km의 속도로 비행하면 윈궤도를 돌지만 이 속도보다 빠르게 움직인다면 이 궤도는 원모양을 벗어나 타원모형이 된다. 지구와 지속적으로 통신을 주고받아야하거나 지구 표면을 관측해야하는 지구관측위성이나 항법위성, 통신위성들은 지표면과 항상 일정한 원궤도를 사용한다.

그러나 실험위성이나 우주관측위성처럼 우주의 한 점을 바라보는게 더 중요한 위성들은 타원궤도를 돌면서 목표지점으로 빠르게 이동한다고 한다.