정지 궤도 위성은 어떻게 움직이지 않고 고정된 위치에서 지구를 관측하나요?

Question

인공위성을 생각하면 당연히 지구 주변을 돌면서 곳곳의 지형 지물 등을 촬영하는 것으로 알고 있는데요.

최근에 들어본 바로 정지 궤도 위성이라고 정지해 있는 위성이 있다고 하더라구요.

어떤 기술로 위성이 고정된 위치에 있을 수 있나요?

Answer 1

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

정지궤도 위성은 지구로부터 약 36,000km 떨어진 고도에서 공전하며, 이 높이를 정지궤도라고 합니다. 즉, 이 위치에서 위성은 지구의 자전 속도와 동일하게 지구를 공전할 수 있고 그렇기 때문에 지구에서 보면 위성이 항상 같은 위치에 있는 것처럼 보입니다.

이러한 원리는 지구의 중력과 위성의 원심력 사이의 균형 때문에 가능하며 이러한 특성 때문에 정지 궤도 위성은 통신, 중계, 관측 등의 용도로 널리 사용됩니다.

그러나 실제로는 위성의 궤도가 조금씩 바뀝니다. 이는 '궤도 섭동력’이라는 위성의 원운동을 방해하는 힘이 작용하기 때문입니다.

따라서 인공위성은 가동하는 동안 궤도에서 이탈하지 않도록 수시로 궤도를 조정 제어해야 하죠.

Answer 2

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

인공위성의 주기가 지구의 자전주기와 같아서 지구상에서 보았을 때 항상 정지하고 있는 것처럼 보이는 궤도이다.

정지궤도상의 물체는 지구의 자전과 같은 각속도(角速度)로 지구 주위를 돈다. 정지궤도는 적도상공 고도 3만 5,786km의 궤도에서 지구의 중력장(重力場)이 완전한 중심력장(中心力場)이고, 다른 천체 때문에 생기는 중력의 변화가 없다면 궤도이심률(軌道離心率)은 0이다. 따라서 궤도는 완전한 원을 이룬다. 또, 궤도경사각(軌道傾斜角)도 0°가 되고, 정지궤도상의 물체는 지구에 대하여 완전히 정지상태이다. 이와 같은 궤도에 있는 인공위성을 정지위성(靜止衛星)이라고 한다.

그러나 실제로 지구 중력장이 완전한 중심력장이 아니고, 달과 태양의 인력의 영향을 받아서 완전히 정지상태에 있을 수는 없으며, 일반적으로 지구에 대하여 약간 이동한다. 예를 들면, 지구 중력장의 변화에 따르면, 적도면 내의 동경 72°의 상공(인도양 상공)과 서경 108°의 상공(태평양 상공)의 두 지점만이 궤도안정균형점(軌道安定均衡點)이 되며, 인공위성은 이 두 지점의 어느 한쪽으로 서서히 이동하는 것이다.

Answer 3

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

정지 궤도 위성은 지구 자전 속도와 같은 속도로 지구 주위를 공전하는 위성입니다. 지구의 자전 속도는 약 1,670km/h로, 정지 궤도 위성의 공전 속도도 약 1,670km/h입니다. 따라서, 정지 궤도 위성은 지구 표면에서 보면 마치 하늘에 멈춰 있는 것처럼 보입니다.

정지 궤도 위성이 고정된 위치에 있을 수 있는 이유는 지구 자전 속도와 동일한 속도로 공전하기 때문입니다. 지구의 자전 속도와 동일한 속도로 공전하면, 지구의 중력이 위성을 끌어당기는 힘과 위성의 관성력이 서로 상쇄되어 위성이 계속 같은 위치에 머물게 됩니다

Answer 4

안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.

인공위성은 지구 주변을 돌면서 지형과 지물을 촬영하는 것으로 알려져 있지만 최근에는 정지 궤도 위성이라는 고정위성이 있다는 소식을 들었습니다. 정지 궤도 위성은 지구의 특정 지점에서 고정된 위치에 머물 수 있습니다. 이를 가능하게 하는 기술은 바로 중력과 운동의 법칙을 이용하는 것입니다.

정지 궤도 위성은 지구의 중력과 운동에 의해 고정된 위치에 머물 수 있습니다. 지구의 중력은 위성을 지구 주변을 돌면서 계속해서 끌어당기는 힘을 가지고 있습니다. 그리고 위성의 운동은 지구의 중력과 상쇄되는 방향으로 일어나기 때문에 이 두 가지 힘의 균형 상태에서 위성은 고정된 위치에 머무를 수 있게 됩니다.

정지 궤도 위성은 이러한 균형 상태를 유지하기 위해 정확한 운동 속도와 방향을 유지해야 합니다. 이를 위해 위성은 자체적으로 엔진을 가지고 있어서 운동 속도와 방향을 조절할 수 있습니다. 그리고 지구의 중력이나 다른 외부 요인에 의해 운동 속도나 방향이 변화할 경우 위성은 자체적으로 이를 감지하고 조절하여 고정된 위치를 유지할 수 있습니다.

따라서 정지 궤도 위성은 지구의 중력과 운동의 법칙을 이용하여 고정된 위치에서 지구를 관측할 수 있습니다. 감사합니다.

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