위성의 작동 원리: 궤도 유형 및 일상적 용도 설명

위성이 궤도에 유지되는 방법

궤도는 중력의 작용으로 더 큰 천체 주위를 도는 물체의 경로입니다. 유럽 우주국의 어린이 교육 페이지에서는 궤도가 중력에 의해 형성되며 완벽하게 원형이 아니라 타원형(즉, 난형)인 경우가 많다고 언급합니다. 특정 고도에 배치된 위성은 지구로 떨어지면서 행성의 표면이 같은 속도로 아래쪽으로 휜다는 정도로 정확하게 충분한 속도를 부여받습니다. 따라서 착륙하지 않고 계속 공전합니다.

필요한 속도는 고도에 따라 변합니다. ESA에 따르면, 저지구 궤도의 위성은 약 7.8km/초로 이동하여 약 90분 만에 한 바퀴를 완성하는 반면, 35,786km 높이의 정지궤도의 위성은 궤도 주기가 지구의 자전과 일치하므로 초당 약 3km만 필요합니다 — 23시간 56분 4초입니다.

3가지 주요 궤도 계열 — 그리고 그들을 구별하는 것

ESA에 따르면 엔지니어들은 대부분의 운영 중인 위성을 고도별로 3가지 광범위 대역으로 분류합니다. 저지구 궤도(LEO)는 행성에 가장 가깝고 가장 혼잡합니다. 중지구 궤도(MEO)는 주로 항법에 사용되며, 정지궤도(GEO)는 하나의 위성이 지구의 같은 지역을 24시간 모니터링할 수 있도록 합니다.

ESA는 또한 특정 임무를 위해 구축된 궤도 변형을 나열합니다: 극궤도와 태양동기궤도는 두 극 근처를 지나가며 일관된 환경 모니터링을 위해 매일 같은 현지 시간에 같은 지점을 횡단합니다. 지구에서 먼 곳에서의 긴 체류 시간을 위한 고도로 편심된 궤도. 그리고 지구의 열과 빛으로부터 떨어져 있어야 하는 천문대에서 사용하는 대략 150만 킬로미터 떨어진 라그랑주 포인트.

위성이 실제로 사용되는 용도

ESA에 따르면 통신 위성은 지상에서 무선 신호를 수신하여 증폭하고 다시 송출합니다. GEO에 배치된 위성은 지표면 안테나가 움직이는 목표를 추적할 필요 없이 텔레비전 방송, 전화 및 데이터 트래픽을 위한 고정된 항시 작동 링크를 제공합니다. ESA는 글로벌 위성 통신 사업을 연간 약 900억 유로로 추정합니다. 더 최신의 광대역 시스템은 대신 대규모 LEO 위성 군집을 사용합니다 — ESA에 따르면 이들은 48개에서 288개의 위성이 함께 작동하는 범위를 가질 수 있습니다 — 단일 먼 GEO 우주선과 비교하여 신호 지연 및 필요한 전력을 줄이기 위해.

위성 항법은 MEO에 의존합니다. 미국 정부의 GPS 프로그램은 6개의 등간격 궤도면으로 배열된 위성 군집을 설명하며, 각각 최소 4개의 위성을 탑재하므로 지구상 거의 모든 곳의 수신기가 한 번에 최소 4개의 위성을 볼 수 있습니다. 장치는 동시에 여러 위성의 타이밍 신호를 비교하여 위치를 계산합니다. GPS 위성은 약 20,200 킬로미터 고도에서 비행하여 하루에 2주기를 완성합니다. gps.gov에 따르면 2023년 7월 현재 미국 우주군은 10년 이상 동안 위성 군집에서 31개의 운영 위성을 유지해왔습니다. 정부가 95%의 시간 동안 유지할 것을 약속하는 24개 위성의 최소값을 초과합니다.

기상 예측은 GEO와 LEO를 모두 활용합니다. NOAA는 적도 상공 약 22,236마일의 정지궤도에 있는 GOES 위성을 운영하여 30초마다 자주 업데이트되는 거의 실시간으로 허리케인과 폭풍을 추적합니다. NOAA의 극궤도 위성은 약 512마일 고도에서 하루에 14번 극에서 극으로 공전하며 7일 선행까지의 예보에 사용되는 수치 기상 모델에 공급되는 글로벌 데이터를 제공합니다. NOAA의 국립환경위성정보서비스에 따르면.

지구 관측 위성은 기후 및 환경 모니터링, 농업 및 재해 대응에 활용됩니다. ESA는 기상 및 대기 위험을 추적하기 위한 Sentinel-3 및 EarthCARE와 같은 임무와 홍수, 지진 및 기타 재해 후 긴급 대응자를 위한 위성 영상을 조정하는 국제 우주 헌장 및 대재해를 지적합니다.

현재 상공에 있는 위성이 몇 개나 되나요

활성 위성의 수는 주로 대규모 광대역 위성 군집에 의해 주도되어 최근 몇 년 동안 급격히 증가했습니다. ESA의 우주 잔해 사무소 연간 우주 환경 보고서를 인용하여 2025년까지의 데이터를 사용하여 2026년 9월에 발표된 과학 뉴스 매체 EarthSky는 궤도에 15,800개 이상의 작동 위성이 있다고 보도했습니다. SpaceX의 Starlink 위성 군집이 그 중 10,000개 이상을 차지하고 있으며, 이는 모든 작동 위성의 약 63%입니다. 동일한 보고서는 추적된 페이로드의 총 개수를 작동 및 비작동 합계로 18,600개 이상으로 기재했으며, 저지구 궤도의 추적된 객체 31,000개 이상의 더 광범위한 모집단 내입니다.