정지궤도. LEO, GEO. GTO 인공위성궤도.제1편 지구 저궤도

 우주나 로켓 관련 포스팅 하다 보면 새로운 영어(?)가 많이 나오는데 오늘은 이 낯선 영문자들(!) 안에서 지구궤도와 관련된 용어를 알아보겠습니다.

여기저기서 LEO나 GTO 같은 용어들이 많이 나오는데 저도 모르게 내용이 꼬여서 이해할 수 없게 되더라고요.

지구 궤도와 관련된 줄임말은 대략 이 정도 됩니다.LEO ( Low Earth Orbit ) 지구 저궤도 MEO (Medium Earth orbit) 지구 고궤도 ICO (Intermediate circular orbit) 중간 지구궤도 GSO (Geosynchronous orbit) 지구동기궤도 GEO (Geo)

이 중에서 사실상 MEOHEOICOSSO는 이 포스팅으로 건너뛰고 가장 많이 접하는 LEOGEOGTO만 알면 관련 자료를 보는데 문제가 없을 것 같습니다.

LEO : LOW Earth Orbit 。지구 저궤도입니다.사전적인 의미는 지상에서 고도 2000킬로미터 정도, 용어적인 의미에서는 고도 200킬로미터에서 지구 저궤도로 여겨집니다.

왜냐하면 물체가 지구의 중력에 이끌려 떨어지지 않고 지구 주위를 계속 공전하려면 초속 7.9km 이상의 속도가 나와야 하고, 지구에서 멀리 떨어졌다가 다시 지구의 중력에 이끌려 돌아와 위성의 회전운동에 의한 원심력과 지구의 중력이 힘의 균형을 이루는 타원형 궤도를 그리며 공전하기 때문입니다.만약 초속 11.3킬로미터를 초과하면 지구 중력을 뿌리치고 밖으로 날아가 버립니다. 이것을탈출속도라고합니다.

지구궤도를 초속 7.9km 이상의 속도로 도는 인공위성이 만약 대기가 많은 저궤도에서 이 정도의 속도로 날아가면 대기와의 마찰로 위성이 완전하지 못하고 깨지거나 불타게 됩니다.

흥미로운 것은 지구의 저궤도가 그리 높지 않다는 점이다.국제우주정거장에서 작업하는 사진을 보면

우주왕복선 디스커버리 타고 날아가 국제우주정거장 도착작업하는 사진에 이렇게 지구의 육지는 물론 자세히 보면 도로도 식별할 수 있습니다.

지구 저궤도는 생각보다 가까운 곳이며 국제우주정거장의 고도가 319.6km~346.9km로 서울과 대구만큼 아주 가까운 거리입니다.사실상 지구 표면 위에 떠있는 정도인 셈입니다.

재미있는 것은 국제 우주 정거장의 궤도가 공개되어 있기 때문에 언제 어디서 지나가는지 알 수 있습니다.さらに 、 http : // www . heavens – above . comThe end of Iridium flares ?The first generation of Iridium satellites are being replaced with satellites of a new design which, unfortunately, are not expected to하루에 몇 번씩그것도 바로 서울 상공을 지나가기 때문에 관측 조건은 아주 좋고, 거대한 태양광 전지판 덕분에 태양광을 아주 반사하기 위해서 밝을 때는 등급이 -2등급까지 빛나고 있습니다.

이 정도의 밝기라면 달을 제외하면 첫 손가락에 들 정도의 밝기 때문에 잘 볼 수 있습니다.

운이 좋으면 이 정도까지는 볼 수 있다고 할게요국제 우주 정거장 특유의 h자형들이 자세히 보면 식별됩니다.

글쎄요. LEO에 우주 정거장을 이 정도로 관측할 수 있으니 지구 저궤도가 어떤지는 확실히 기억할 수 있을 것 같아요.

다음은 GEO/GTOGEO는 Geostationary orbit. 즉 정지궤도입니다.지난 국제우주정거장이 하루에도 몇 번씩 서울 상공을 통과한다고 했는데, 이는 지구 주위를 공전하기 위해서예요.

예를 들어, 첩보위성으로 군부대의 훈련 상황을 감시하고 있다면 국제우주정거장과 함께 지구를 공전하는 첩보위성이라면 원하는 위치를 관측하기 위해 특정한 시간을 기다려야 합니다.위성이 그 위치로 올라와서 볼수있을테니까요.국제우주정거장이 우리 머리 위를 지나는 시간에 볼 수 있듯이 국제우주정거장에서 서울을 보려면 그 위를 지날 때까지 가능할 것입니다.즉, 위성으로 감시를 당한다면 위성이 지나가는 시간에만 병력과 물건을 좀 치워두는 등의 단순한 대처방법으로도 충분한 효과를 거둘 수 있을 겁니다.

이에 대한 해결책은 위성이 항상 저놈의 머리 위에 고정되어 떠 있는 걸로 하면 될 겁니다.우리나라의 천리안 2A를 비롯한 기상 관측 위성이 즉시 정지 위성입니다.

항상 머리에 있는 것 같은 효과를 가진 정지궤도에 위성을 올려놓는 것은 사실 생각보다 꽤 어렵습니다.정확히는 적도 상공 35,786Km상의 궤도인데 인공위성이 머리 위에 있다고 하지만 서 있는 것은 아닙니다. 지구가 돌아가잖아요위성은 지구가 도는 것과 같은 속도로 같은 방향으로 돌고 있습니다.근데 왜 하필 35,786Km일까. 바로 여기가 지구 중력의 힘과 위성의 원심력이 같은 지점이기 때문입니다.

인공위성이 도는 궤도는 높이가 높을수록 지구 중력의 영향을 받기 어려워지므로 원심력, 즉 도는 속도는 그만큼 느려져도 좋을 것입니다. 그 대신 지구를 한 바퀴 도는 시간은 더 길어지거든요

문제는 위성이 지구 및 자전속도와 함께 움직여야 해요. 그래야 지구에서 봤을 때 그 자리에 고정되어 있는 것처럼 보입니다.만약 위성의 속도가 지구의 자전 속도보다 빠르거나 느리면 지구에서 보는 위성은 앞으로 가거나 뒤로 가거나 할 것입니다.

위성이 지구의 자전과 같은 속도를 유지하면서 생기는 원심력이 지구의 중력과 일치하는 바로 그 지점. 그것이 바로 35,786Km 상공입니다.이 상공에서 만약 지구보다 더 빨리 움직인다면 지구의 중력을 탈출하여 먼 우주로 날아가 천천히 움직인다면 지구의 중력 때문에 떨어질 것입니다.

일반적으로 위성의 수명은 이 궤도를 유지하고 인공위성 태양광 패널의 각도를 수정하여 지구와 통신을 하기 위한 위행 안테나의 방향을 조정하는 데 필요한 연료의 양이라고 생각하시면 됩니다.대부분의 수명이 다한 위성은 지구의 중력에 이끌려 대기권에 떨어져 불타 버립니다.2001년에 러시아의 우주 정거장 미르가 남태평양에 떨어져

밀의 리즈 시절 스페스 셔틀과 도킹

2011년에 추락, 대기권에서 타다에 미르 우주 스테이션 쇼

-4월 2일에도 중국의 우주 스테이션(라고 주장한다)이 대기권에 떨어지는 우주 쇼가 있었지만.

유인 우주선 ‘신슈’와 독기 웅중의 모습입니다만, 「신주」의 크기가 소유스보다 조금 큰 것을 고려해도, 천공 1호는 우주 정거장이라고 보기에는 조금 부끄럽습니다.

중국 최초의 우주 정거장 하늘 미야의 대기권에서 소멸하는 모습은 이처럼 위성에서도 우주 스테이션에서도 통제에서 벗어나거나 더 이상 제어하는 연료가 사라지자 지구에 떨어집니다.이것이 수명입니다.

그런데 로켓의 제원을 보면 지구의 저궤도인 LEO, 지구 정지 전이 궤도인 GTO는 있어도, 정지 궤도인 GEO는 없습니다.;;

그건 사실 발사체가 인공위성을 정지궤도까지 옮기지 않았기 때문이죠.

로켓이 자력으로 정지위성 궤도의 35,786Km 상공까지 간다면 지구 저궤도의 LEO로 가는 것보다 대략 3배 이상의 추력이 필요합니다.위찰에 천리안 2A를 궤도에 올려놓은 유럽의 아리안 5 제원을 보면 지구 저궤도 LEO 페이로드가 G형일 경우 16톤. 이를 정지천이 궤도인 GTO로 가져가면 6.2톤으로 급감함을 알 수 있습니다.

정지위성을 궤도에 올려놓을 때는 위성을 정지궤도에 올려놓는 것이 아니라 일단 정지점이 궤도까지 올려놓습니다.정지 천이 궤도는, 가까이의 250 km, 저궤도로부터 길고 위성 정지 궤도의 35,786 Km까지의 긴 타원형입니다.

위성 운반발사체 로켓은 일단 위성을 여기까지 가져다 놓고 페어링에서 분리해 우주 공간으로 내보냅니다.

여기까지가 로켓의 임무입니다

정지천이 궤도에 진입해 분리된 위성은 별도의 추진 없이도 로켓에 실려 온 관성에 따라 궤도로 돌아갑니다.우리아이작뉴턴은운동법칙즉물체의질량중심은외부의힘이다른속도로작용하지않는한일정한속도로움직인다는제1법칙으로잘정리되어있습니다.

일단 전이 궤도로부터 관성으로 이동하는 위성은, 독자적으로 붙어 있는 로켓에 점화시켜 한층 더 가속. 정지 궤도에 진입할 거예요.

이건 원래 단편으로 끝내려고 시작한건데 아무래도 두편으로 이어져야 할 것 같아요.