글을 시작하며
안녕하세요. 과학을 좋아하는 아빠 도도한 쭌냥이입니다.
요즘 우주에 관심이 많습니다. 삼체라는 SF 소설을 읽고 우주에 대해서 공부해보고
싶다는 생각을 가지게 되었어요. 우선 지구 밖에서 먼저 만날 수 있는 인공
구조물인 인공위성이 어떻게 지구로 떨어지지 않고 자신의 궤도를 유지하는지
원리를 알아보았습니다.
인공위성이 궤도를 유지하는 원리
인공위성은 지구의 중력에 의해 지구 주변 궤도를 도는 인공 물체로, 지구 궤도를
도는 원리를 이해하려면 몇 가지 주요 개념을 알아야 합니다.
먼저, 인공위성은 로켓에 실려 지구 궤도로 발사됩니다. 로켓은 대기권을 벗어나기
위해 높은 속도로 상승하며, 대기 저항을 줄이기 위해 단계별로 연료를 태워
추진력을 얻습니다. 이렇게 발사된 인공위성은 궤도에 진입하기 위해 충분한 속도를
가져야 합니다.
이 속도는 인공위성이 지구의 중력에서 벗어나지 않으면서도 궤도를 유지할 수 있는
속도입니다. 예를 들어, 지구 저궤도(LEO)에서는 약 7.8 km/s, 지구
정지궤도(GEO)에서는 약 3.1 km/s의 속도가 필요합니다.
인공위성이 궤도를 도는 원리에는 중력과 원심력이 중요한 역할을 합니다. 지구의
중력은 인공위성을 지구 중심으로 끌어당기는 힘입니다. 한편, 인공위성이 빠른
속도로 움직일 때 원심력은 바깥쪽으로 밀어내는 힘을 제공합니다. 이 원심력과
중력이 균형을 이루면 인공위성은 일정한 궤도를 유지하며 공전하게 됩니다.
그렇기 때문에 인공위성은 지구로 계속해서 떨어지고 있지만 원심력에 의해
떨어지는 힘이 상쇄되면서 궤도를 유지하며 지구를 공정하게 됩니다.
인공위성은 궤도를 유지하고 조정하기 위해 자체 추진 장치를 사용합니다. 이
장치는 인공위성이 미세한 궤도 수정이나 위치 유지를 위해 필요한 작은 추진력을
제공합니다. 또한, 대부분의 인공위성은 태양 전지판을 사용하여 에너지를 공급
받습니다.
궤도의 종류
인공위성의 궤도는 여러 가지로 나눌 수 있습니다.
저궤도(LEO, Low Earth Orbit)는 지표면에서 약 200~2,000 km 높이에 있으며, 관측
및 통신 위성 등이 자주 사용합니다.
중궤도(MEO, Medium Earth Orbit)는 약 2,000~35,786 km의 궤도로, GPS 위성 등이
포함됩니다.
정지궤도(GEO, Geosynchronous Equatorial Orbit)는 약 35,786 km의 고도로, 지구의
자전 속도와 동일하게 회전하여 지구의 특정 지점 위에 고정된 위치를 유지합니다.
주로 통신 위성에 사용됩니다.
인공위성의 사용
인공위성의 주요 기능과 활용은 다양합니다. 통신 위성은 전 세계적으로 데이터,
음성, TV 신호를 전송합니다. 위성 항법 시스템은 GPS와 같은 위치 정보를
제공합니다. 기상 관측 위성은 기상 상태를 모니터링하고 예측하는 데
사용됩니다.
지구 관측 위성은 지구의 환경, 자원, 재해 등을 관측합니다.
과학 연구 위성은 우주와 지구의 다양한 현상을 연구합니다.
이러한 원리와 기능을 통해 인공위성은 통신, 항법, 기상 관측, 지구 관측, 과학
연구 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 수행하고 있습니다.
글을 마치며
인공위성은 지구와 우주 경계에 있는 인공 구조물입니다. 오래전부터 인공위성이
사람들에게 많은 편의를 제공하는 것은 알고 있었습니다. 그런데 어떻게 해서
지구를 공전하는지 그 원리를 알지는 못 했습니다. 이번 기회에 알게 되어서 무척
기분이 좋습니다. 다음에는 라그랑주점에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
이만 글을 마치도록 하겠습니다. 끝까지 읽어주셔서 감사합니다.
