지구주변 궤도에 따른 인공 위성분류 및 정보

인공위성 궤도 : 출처 :KBS

위성의 궤도에  따른 인공위성  분류

지구 주변 궤도를 도는 위성들은 수천 개 이상으로 추정되고 있습니다. 위성들은 작용하는 목적에 따라 각각의 고도에 위치하고 각 정해진 궤도에서 기능을 수행합니다.  그래서 궤도에 따라서 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

 

1. 저궤도(Low Earth Orbit, LEO) 위성

이 궤도는 지구로부터 대략 200km에서 2,000km까지의 거리에 위치합니다. 이 궤도의 위성들은 지구를 약 90분에서 120분 사이에 한 바퀴 돕니다. 대표적으로 국제우주정거장(ISS)이나 허블 우주망원경 등이 이 궤도에 위치해 있습니다. 이들은 지구와 가까운 거리에 위치해 있어, 높은 해상도의 지구 관측이 가능하며, ISS의 경우 우주 과학 연구 등에 활용됩니다. ISS는 International Space Station의 약자로, 국제 우주 정거장을 의미합니다. 이는 여러 국가가 참여하여 운영하는 우주에서의 연구 시설로, 미국 NASA, 러시아 로스코스모스, 유럽 우주국(European Space Agency), 일본 우주항공연구개발기구(JAXA), 그리고 캐나다 우주국(Canadian Space Agency) 등이 주요 참여자들입니다.
국제 우주 정거장은 저궤도에 위치해 있으며, 지구를 약 90분 만에 한 바퀴 돌며 이동합니다. 이곳에서는 다양한 과학적 실험과 연구가 이루어지며, 생명과학, 물리학, 천문학, 기상학 등 다양한 분야에서 중요한 발견과 연구 결과를 가져왔습니다. 또한 장기 우주 비행의 영향을 연구하고, 미래의 우주 탐사를 위한 기술을 개발하는 등의 역할을 수행하고 있습니다.

장점: 지구에 가까워 높은 해상도의 지구 관측이 가능하며, 통신 지연시간이 가장 짧습니다.
단점: 지구를 빠르게 돌아가기 때문에 지정된 지역을 지속적으로 관찰하거나 통신하기 어렵습니다.

2.중간궤도(Medium Earth Orbit, MEO) 위성

이 궤도는 지구로부터 대략 2,000km에서 35,786km까지의 거리에 위치합니다. 이 궤도의 위성들은 지구를 약 2시간에서 24시간 사이에 한 바퀴 돕니다. GPS(Global Positioning System) 위성들이 여기에 위치하며, 이들은 전 세계적인 위치 정보 제공에 사용되고 있습니다.

 

장점: 전세계적인 범위를 커버할 수 있으며, 통신 지연시간이 LEO(저궤도) 보다는 길지만 GEO(정지궤도)보다는 짧습니다.
단점: 지구가 가장 가까운 저궤도에 비해 해상도가 떨어집니다.

3. 고 궤도(Geosynchronous Orbit, GEO) 위성

이 궤도는 지구로부터 약 35,786km의 거리에 위치합니다. 이 궤도의 위성들은 지구를 약 24시간에 한 바퀴 돕니다, 즉 지구의 자전 주기와 동일하게 움직입니다. 이 궤도에는 주로 통신 위성들이 위치해 있으며, TV 중계 위성이나 기상 위성들이 이곳에 위치해 있습니다.

 

장점: 지구의 자전 속도와 일치하여 동일한 지역을 지속적으로 관찰하거나 통신할 수 있습니다.
단점: 지구로부터 가장 먼 거리에 위치해 있어 통신 지연시간이 가장 길며, 해상도가 가장 낮습니다

4. 타원형 궤도(Elliptical Orbit) 위성

이 궤도는 중심이 지구인 타원을 따라 움직이는 궤도입니다. 이러한 궤도는 위성이 지구에 가장 가까운 지점(최저점)과 가장 먼 지점(최고점)을 가지며, 이 두 지점 사이의 거리 차이는 위성의 궤도 이심률에 따라 달라집니다. 몰니야 궤도는 대표적인 타원형 궤도로, 높은 위도 지역에서의 통신을 개선하기 위해 설계되었습니다.

 

장점: 높은 위도 지역에서의 통신을 개선할 수 있습니다.
단점: 궤도가 복잡하여 위성 발사 및 유지 관리에 높은 기술적 도전이 요구됩니다.

5. 정지 궤도(Geosynchronous Orbit, GEO) 위성

이 궤도는 지구로부터 약 35,786km의 거리에 위치하며, 위성의 공전 주기가 지구의 자전 주기와 동일한 24시간입니다. 이 궤도를 따라 움직이는 위성은 지구의 같은 지점 위에 항상 위치해 있는 것처럼 보이기 때문에 이를 '정지 위성'이라고도 합니다. 이 궤도에 위치한 위성들은 주로 통신이나 기상 관찰에 사용됩니다.

장점: 고정된 위치에서 지구의 동일 지점을 계속 관찰하거나 통신할 수 있습니다.
단점: 지구와의 거리가 멀어 통신 지연시간이 길며, 해상도가 낮습니다.

6. 극궤도(Polar Orbit)

이 궤도는 지구의 양극을 지나는 방향으로 움직이는 궤도를 말합니다. 극 궤도를 따라 움직이는 위성은 지구의 모든 지역을 관측할 수 있기 때문에, 주로 지구 관측 위성들이 이용합니다. 이러한 위성들은 기후 변화 모니터링, 환경 관측, 지질학적 연구 등에 사용됩니다.

장점: 지구의 모든 지역을 관찰할 수 있어 지구 관측에 이상적입니다.
단점: 특정 지역을 지속적으로 관찰하거나 통신하기 어렵습니다.

위와 같이 위성의 궤도 유형은 그들의 역할과 목적에 따라 다양하게 선택됩니다. 각 궤도 유형은 그에 따른 장단점을 가지고 있으며, 이들을 고려하여 위성의 궤도가 결정됩니다 

 

인공위성 자세 통제 방법

인공위성의 자세 통제는 매우 중요한 부분으로, 위성이 정확한 방향을 유지하며 과학적 연구나 통신 등의 임무를 수행할 수 있도록 합니다. 이를 위해 여러 가지 방법이 사용되는데, 주로 사용되는 방법은 다음과 같습니다.

자이로스코프(Gyroscope): 자이로스코프는 회전축을 중심으로 안정된 회전을 유지하는 장치로, 위성의 자세를 통제하는 데 사용됩니다. 이 장치는 위성의 회전을 측정하고, 필요에 따라 위성의 방향을 조정합니다.

리액션 휠(Reaction Wheels): 리액션 휠은 전기 모터에 의해 구동되는 무게가 있는 휠로, 위성의 회전을 조절하는 데 사용됩니다. 휠이 한 방향으로 회전하면, 위성은 반대 방향으로 회전하게 됩니다.

자력 강체(Magnetorquers): 이 장치는 지구의 자기장을 이용하여 위성의 자세를 조정합니다. 전류를 통과시키면 자기장이 생성되고, 이 자기장이 지구의 자기장과 상호작용하여 토크를 발생시킵니다. 이 토크를 이용하여 위성의 자세를 조정합니다.

추진제를 이용한 제어: 위성에 소형 로켓 엔진이나 젯 추진기를 설치하여, 추진제를 분사함으로써 위성의 방향을 바꾸는 방법도 있습니다. 이 방법은 위성의 자세를 빠르게 조정해야 할 경우나, 큰 위성에서 자주 사용됩니다.

이처럼 여러 방법을 통해 위성의 자세를 통제하며, 이는 위성의 목표와 운용 조건에 따라 달라집니다. 위성의 자세 통제는 공학적인 도전과제이며, 이를 통해 위성은 정확한 위치와 방향을 유지하면서 필요한 임무를 수행할 수 있습니다.