인공위성궤도.1편. 지구 저궤도, 정지궤도. LEO, GEO.GTO

우주과학자 로켓에 관한 글을 쓰다 보면 좀 생소한 영어 (!)들이 많이 나오는데, 오늘은 이 생소한 영문자들 (!) 중 지구 궤도에 관한 용어를 찾아 보도록 하겠습니다.

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먼저여기저기서LEO라든가GTO라든가이런용어들이많이나오는데,이게보통모르게지면내안의무엇인가를알수가없기때문에이해가안될수도있습니다.지구 궤도와 관련된 줄임말은 대체로 이 정도입니다.LEO (Low Earth Orbit) 지구 저궤도 MEO(Medium Earthorbit) 지구궤도 HEO (High Earthorbit) 지구고궤도ICO(Intermediate circularorbit) 중지구궤도 GSO(Geosynchronousorbit) 지구동기 GEO(Geostationary orbit) 정지궤도 GTO (Ge Ounbit) – GeOin/SSS Torbit) 하지만 이중/GTO만 알고 있다면 관련 자료를 보는데 큰 사고는 없습니다.LEO: LOW Earth Orbit 지구 저궤도입니다.사전적인 의의란 지면에서 고도 2,000Km 정도이지만 용어적인 의의에서는 고도 200Km부터를 지구 저궤도로 간주합니다.

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왜냐하면 물체가 지구의 중력에 이끌려 떨어지지 않고 지구 주위를 계속 공전하기 위해서는 초속 7.9km 이상의 속도가 본인이 와야 하며 지구에서 멀리 떨어진 후 다시 지구의 중력에 이끌려 돌아오기 때문에 위성의 회개륙을 통한 원심력과 지구의 중력이 힘의 균형을 이루는 타원형의 궤도를 그리며 공전하게 됩니다.만약 초속 11.3 킬로미터를 초과하면 지구의 중력을 뿌리치고 밖으로 날아가 버립니다. 이것을탈출속도라고합니다.지구궤도를 초속 7.9km 이상의 속도로 도는 인공위성이 만약 대기가 많은 저궤도에서 이 정도의 속도로 날린다면 대기와의 마찰로 위성이 완전할 수 없이 망가진 본인 불에 타버릴 것입니다.흥미로운 지구 저궤도가 그리 높지 않다는 점이다.국제우주정거장에서 작업하는 사진을 보면

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이런 식으로 지구의 육지는 물론, 자세히 보면 도로도 식별할 수 있습니다.지구 저궤도는 의견보다 가까운 곳으로 국제우주정거장의 고도가 319.6km~346.9km로 서울과 대구의 아주 가까운 거리입니다. 사실상 지구 표면에 떠 있는 정도입니다.재미있는 것은 우주 스테이션의 궤도가 유출되고 있기 때문에 언제 어디를 통과할 지 알 수 있습니다.게다가, www.heavens-above.com

이곳으로 가서 제가 관측할 지점만 설정해주면 언제 어떻게 하는지 관찰할 수 있다는 것까지 알려줍니다.하루에도 몇 번씩. 그것도 바로 서울 상공에서 지본인이기 때문에 관측 조건이 굉장히 좋고, 거대한 태양광 전지판 덕분에 태양광을 굉장히 본인에게 반사하기 때문에 밝을 때는 등급이 – 2등급까지 빛난다고 합니다.

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이 정도의 밝기라면 달을 제외하면 정말 첫 손가락에 들어갈 정도의 밝기 때문에 볼 수 있습니다.

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운이 좋으면 이 정도까지는 볼 수 있겠네요.국제 우주 정거장 특유의 「H」자형을 자세히 보면 식별대입니다.LEO에 있는 우주 정거장을 이만큼 관측할 수 있기 때문에 지구의 저궤도가 어떤 것인지 확실히 기억할 것입니다.다음으로 GEO/GTOGEO는 Geostationary orbit, 즉 정지궤도입니다.이미 국제우주정거장이 하루에도 몇 번씩 서울 상공을 지키고 있다고 했지만 이는 지구 주위를 공전하기 때문입니다.예를 들어 정찰위성으로 북한군 부대의 훈련 정세를 감시한다고 간주하면 국제우주정거장과 함께 지구를 공전하는 정찰위성이라면 원하는 위치를 관측하기 위해 특정 시간을 기다려야 합니다.위성이 그 위치로 위로 올라오지 않으면 볼 수가 없으니까요.국제우주정거장이 우리의 머리 위에 있는지 여부는 가끔 볼 수 있듯이 국제우주정거장에서 서울을 보려면 그 위를 지날 때만 가능할 것입니다.즉, 위성으로 감시되면, 위성이 지 본인은 때때로만 병력과 물건을 잠시 정리하는 등의 단순한 대처 노하우로도 충분한 효과를 거둘 수 있을 것입니다.이에 대한 해결책은 위성이 항상 그 놈들 머리 위에 떠다녔으면 좋겠어요.우리 자신의 천리안 2A를 비롯한 기상 관측 위성이 정지 위성입니다.

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항상 그랬듯이 머리 위에 있는 것과 같은 효과를 갖는 정지궤도에 위성을 올리는 것은 사실 소견보다 훨씬 어렵습니다.확실히 적도 상공 35,786킬로 위의 궤도입니다만, 인공위성이 머리 위에 있다고는 합니다만, 이것이 바로 이 예의로 서 있는 것은 아닙니다. 지구가 돌아가잖아요위성은 지구가 도는 것과 같은 속도로 같은 방향으로 함께 돌아요.왜 하필 35,786Km일까. 바로 이 지역 지구의 중력력과 위성의 원심력이 같은 지점이기 때문입니다.인공위성이 도는 궤도는 높이가 높을수록 지구 중력의 덜 받게 되므로 원심력. 즉, 속도는 그만큼 느려도 좋을 것입니다. 대신 그만큼 지구를 한 바퀴 도는 시간은 더 길어지겠죠. 그래야 지구에서 봤을 때 그 자리에 고정돼 있는 것처럼 보입니다.만약 위성의 속도가 지구의 자전 속도보다 빠르거나 느리면 지구에서 보는 위성은 전진하거나 뒤로 가거나 할 것입니다.위성이 지구의 자전과 같은 속도를 유지함으로써 생기는 원심력이 지구의 중력과 일치하는 그 지점. 그것이 바로 상공 35,786km입니다.”이 상공에서 만약 지구보다 빨리 움직이면, 지구의 중력을 탈출해 멀리 우주로 날아가 버릴 것이고, 늦게 움직이면 지구의 중력으로 떨어질 것입니다.”일반적으로 위성의 수명은 바로 이 궤도를 유지하고 인공위성의 태양광 전지판의 각도를 수정해 지구와 통신을 수행하기 때문에 위성 나쁘지 않은 방향을 조정하는 데 필요한 연료의 양이라고 보면 됩니다.수명이 다 됐어요.어떤 위성은 지구의 중력에 이끌려 대기권에 떨어져 불타 버립니다.2001년에 러시아의 우주 정거장 미르가 남태평양에 낙하하여,

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4월 2일에도 충궈의 우주정거장(라고 주장하는)이 대기권에 떨어지는 우주쇼가 있었는데요.

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유인우주선 선저우와 도킹 중인데, 선저우 크기가 소유스보다 약간 크다는 점을 감안하더라도 덴코1호는 우주정거장이라고 보기에는 조금 부끄럽고 어떻게든 유인유선을 LEO에 반입한 정도라 놓쳐야 할 것 같습니다.

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이처럼 위성이든 우주정거장이든 통제를 친구이자 본인, 더 이상 제어할 연료가 바닥나 지구로 떨어진다.이게 즉시 수명이거든요.그런데, 우리가 로켓의 제원을 보고 있으면, 지구 저궤도의 LEO, 그리고 지구 정지 천이 궤도의 GTO는 있어도, 정지 궤도의 GEO는 없습니다만,;;

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이는 사실 발사체가 인공위성을 정지궤도까지 운반하지 않기 때문입니다.로켓이 자력으로 정지 위성 궤도의 35,786Km 상공까지 간다면 지구 저궤도의 LEO에 가는 것보다 대략 3배 이상 많은 추력이 필요합니다.위찰에 천리안 2A를 궤도에 올린 유럽의 아리안 5의 제원을 보면, 지구 저궤도 LEO 페이로드가 G형의 경우 16톤. 이것을 정지 천이 궤도의 GTO에 가져오면, 6.2톤으로 급감하는 것을 알 수 있습니다.정지위성을 궤도에 올릴 때는 위성을 직접 정지궤도에 올려놓는 게 아니라 일단 정지 전이궤도까지 올리겠습니다.정지천이궤도는 길게는 250km의 저궤도에서 길게는 위성정지궤도의 35,786km까지의 길고 긴 타원형입니다.위성발사체는 먼저 위성을 이곳-까지 가져가 페어링에서 분리해 우주공간으로 이동시킵니다.

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여기까지가 발사체 로켓입니다.무조. 정지천이 궤도에 진입하여 분리한 위성은 별도의 추진 없이도 로켓에 실린 관성에 의해 궤도를 돌게 됩니다. 아이작 뉴턴이 스포츠 법칙, 즉 물체의 질량 중심은 외부의 힘이 따로 작용하지 않는 한 일정한 속도로 움직인다는 제1법칙으로 잘 정리되어 있습니다.

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일단 전이 궤도에서 관성으로 이동하는 위성은, 자체에 걸려 있는 로켓을 점화시켜 한층 더 가속. 정지궤도에 진입한대요.이건 원래 단편으로 끝내려고 시작했는데, 아무래도 두 편으로 이어져야 할 것 같아요.