인공위성의 정의 및 역할

인공위성은 행성 주로 지구의 궤도에 존재하는 인공 천체이며 특정 목적을 가지고 있습니다. 지구에서 로켓에 물체를 놓고 첫 번째 우주 속도(이론적으로 해발 0m에서 약 7.9km/s = 28,400km/h로 가속함으로 지구의 중력에서 벗어나려는 원심력 그리고 물체는 지구궤도를 계속 도는 인공위성이 됩니다. 그러나 궤도를 계속 돌더라도 사용한 로켓의 잔해와 목적이 없는 인공위성의 파편은 우주 파편으로 구별됩니다. 또한 행성 이외의 궤도(달궤도, 태양 궤도)에서 궤도를 도는 인공 천체를 우주탐사선이라고 불려집니다. 인공물로 알려진 상황에서는 단순히 "위성"이라고 도합니다.

유인 우주선, 우주정거장, 우주왕복선도 인공위성에 포함되어 있으며 미국 항공 우주국과 같은 위성 궤도 데이터에도 나열되어 있지만 언급할 때 일반적으로 인공 위성이라고 하지 않습니다. 위성은 군사위성, 정찰위성, 통신위성, 방송위성, 지구관측위성, 항법위성(항행 중인 함선, 항공기 등이 자기 위치를 측정할 수 있게 하는 위성), 기상위성, 과학위성으로 분류되어 있으며 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 대부분의 위성은 지구 주위를 공전하고 있지만 일부 관측자는 행성 탐사를 위해 화성과 토성과 같은 다른 행성의 궤도에 도달했으며 그들은 행성을 관찰하고 화성 탐사선과 같은 다른 행성의 표면에 착륙한 우주 탐사선의 다양한 관측 데이터를 지구로 전달합니다.

 

위성의 역사

우주에 떠 있는 물체가 일정 속도를 유지할 수 있다면 지면으로 떨어지지 않고 영원히 지구 주위를 돌 수 있을 것이라는 생각은 뉴턴 시대 이후로 잘 알려진 사실이었다. 다만 그 정도로 높은 속력을 낼 수 있는 방법이 개발되지 않았다. 실제로 비행이 가능한 인공위성의 시작은 제2차세계대전에서 독일이 사용한 V2 로켓에서 비롯되었다. 세계대전이 끝난 후 미국과 냉전 중이던 소련(소비에트 연합, 현 러시아)에서 V2 로켓 엔진을 개량한 R7 로켓을 개발하고 이를 이용하여 세계 최초의 인공위성을 발사하는 데에 성공한다. 곧이어 소련은 두 번째 인공위성에 '라이카'라는 이름의 개를 탑승시킴으로써 생명체의 우주비행 가능성까지 시도하게 된다. 인류가 만든 세계 최초의 인공위성은 소련(구.소비에트 연합)에서 개발한 스푸트니크1호이며 1957년 10월 14일에 발사되었다. 우리나라 최초의 인공위성은 한국과학기술원(KAIST) 인공위성연구센터에서 개발한 우리별 1호이며 1992년 8월 11일에 발사되었다. 

 

위성의 종류 및 목적

공격위성 - 적의 군사위성을 파괴하는 임무를 가진 인공위성.

과학위성 - 우주에서 지구 및 지구 주변의 우주 환경 관측 등 각종의 우주 과학 실험을 수행하는 인공위성의 총칭.

군사위성 - 군사 목적으로 쓰고 있는 인공위성. 정찰 통신 조기경보 항해용 등의 역할을 한다.

극궤도위성 - 남극과 북극의 상공을 통과하는 궤도를 도는 인공위성으로, 같은 지역을 하루에 두 번 지나므로 자주 관측할 수 있으며 지구의 모든 곳을 볼 수 있다는 장점이 있다.

기상위성 - 일반적으로 모든 인공위성은 대기현상을 측정하므로 기상위성이라고 할 수 있으나, 명확히 구별하면 기상관측만을 주목적으로 설계하여 발사된 위성만을 가리킨다. 저기압 또는 전선 등의 정확한 위치와 크기, 태양광선의 반사량 등을 관측한다.

미사일탐지위성 - 주로 적성국의 대륙간 탄도미사일(ICBM) 발사의 조기 탐지를 위해 활동하는 인공위성.

방송위성 - 각 가정의 수신설비를 향해 직접 전파를 발사하여 방송하는 인공위성.

생물위성 - 무중력상태 및 우주공간에서의 방사선이 생물에 어떠한 영향을 미치는가를 조사하기 위하여 미국항공우주국(NASA)이 1966년부터 발사하기 시작한 일련의 위성들이다.

스파이위성 - 대기권 밖의 상공에서 타국의 군사·정치·경제에 관한 각종 정보를 수집하는 인공위성.

우주 공장 - 우주공간의 무중량상태 등을 이용해서 완전히 새로운 재료를 만들고자 하는 계획에 따라 발사된 인공위성.

우주 태양광 발전 위성 위성 - 궤도에서 태양열을 이용하여 발전, 지상으로 보내는 인공위성.

원격탐사 위성 - 특수한 파장대(波長帶)의 빛으로 지상의 영상정보(映像情報)를 잡아 이를 해석 처리하는 위성.

유인위성 - 생물을 태운 인공위성. 인간이 탄 위성뿐 아니라 인간을 태울 목적으로 그 예비 실험으로 개·원숭이·로봇 등을 태운 위성도 포함한다.

응용기술위성 - 미국항공우주국(NASA)이 장래의 통신위성·기상위성·항행위성에 관한 기술과 부품의 발전을 평가하기 위해 쏘아 올린 인공위성.

적외선천문위성 - 대기의 영향으로 지상에서는 관측할 수 없는 미약한 적외선을 관측하기 위해서 쏘아 올린 천문위성을 말한다. 이 위성은 1km 떨어져 있는 먼지의 열량이 내는 적외선까지도 감지할 수 있다.

지구자기 탐사 위성 - 지구자기장의 측정을 주요 목적으로 하는 인공위성으로 짧은 기간에 지구 전체에 대한 측정이 가능한 이점을 가진 위성이다.

천체관측위성 - 천체를 관측하기 위한 인공위성으로 특히 미국의 과학위성을 일컫는다. 우주공간이나 별 등을 연구할 목적으로 발사되었다.

측지위성 - 지구 관측용 인공위성으로 지구의 정확한 형태, 중력의 분포, 표면의 위치결정 등을 측정하는 인공위성이다.

태양 관측 위성 - 태양을 관측하기 위해 발사하는 모든 인공위성을 이르는 말로써 영문 머리글자를 따서 OSO라고 약칭한다.

통신위성 - 지구 상공 일정한 궤도에서 지구 주위를 회전하면서 지상 통신국으로부터 송신하는 신호를 수신하여 그 신호를 증폭 변환한 후 다시 상대 지구국에 재송신하는 우주 전파중계소 역할을 하는 인공위성.

하이브리드위성 - 특정한 업무를 전문으로 하는 위성이 아니라, 복수의 다른 업무를 동시에 할 수 있는 다목적 위성.

항행위성 - 전파를 발사하여, 선박이나 비행기가 그들의 위치를 확실히 알 수 있도록 도와주는 인공위성.

해사위성 - 바다를 항행하는 선박과 선박끼리, 또는 선박과 육상 사이에 안정된 양질의 통신을 할 수 있게 하기 위해 발사된 위성.

행성 간 정거장 - 지구나 달의 인력으로부터 탈출하여 태양계 속에서 행성공간이나 특정한 행성을 탐사하는 인공위성.

궤적의 종류

은하 궤도 - 은하중심 주위의 궤도. 지구의 태양은 은하수의 은하핵을 공전하여 이 궤도에 떨어집니다.

태양 궤도 - 태양 주위의 궤도 태양계에서는 모든 행성 난쟁이 행성 혜성 및 소행성이 궤도에 속합니다. 인공 위성이 궤도에 진입하면 인공 행성이라고 불립니다.

지구 궤도 - 달처럼 지구를 공전하는 궤도. 2006 년 현재의 궤도에는 약 2,465개의 위성이 존재합니다.

달 궤도 - 지구의 자연 위성인 달 주위의 궤도. 

화성궤도 - 화성의 위성처럼 화성 주위를 공전하는 궤도.

낮은 지구 궤도 (LEO) - 고도 2,000km 이하의 지구 궤도. 국제 우주 정거장은 이 궤도에 존재합니다.

중간궤도 (MEO) - 고도 2,000km에서 동기 궤도 (35,786km)까지의 지구궤도.

높은 궤도 (HEO) - 동기 궤도 외부의 지구 궤도.

경사궤도 - 위성의 궤도 경사가 행성의 적도에 기울어지는 궤도.

극궤도 - 행성의 극 또는 그 근처를 통과하는 궤도. 따라서 궤도의 경사는 90°에 가깝습니다.

극지 태양 동기 궤도 - 극궤도에 가깝고 항상 같은 현지 시간에 적도를 통과하는 궤도 그림자는 항상 같은 위치에 있으므로 이미지 촬영에 편리합니다.

전진 궤적 - 경사가 90° 이하인 궤도. 그것은 행성의 자전과 같은 방향으로 공전합니다.

역행궤도 - 경사가 90° 이상인 궤도. 그것은 행성의 자전과 반대 방향으로 공전합니다. 태양 동기 궤도를 제외하고 연료 문제로 인해 역행 궤도에 진입하는 위성은 거의 없습니다. 지구에서 로켓을 발사할 때 발사체는 이미 발사장의 위도와 회전 속도가 같기 때문입니다.

원형궤도 - 궤도 이심률이 0인 원 모양의 궤적.

타원형 궤도- 궤도 이심률이 0보다 크고 1보다 작은 궤도입니다. 타원을 그립니다.

정지 이동궤도 - 근지점이 저궤도에 있고 원점이 정지 궤도에 있는 타원형 궤도.

몰니야궤도 - 경사가 63.4°이고 궤도 주기가 항성 시간의 절반인 타원형 궤도.

툰드라 궤도 - 경사가 63.4°이고 궤도 주기가 항성 궤도와 같은 타원형 궤도.

쌍곡선 궤도 - 이심률이 1 이상인 궤도. 그것은 공간의 속도보다 빠른 속도를 가지고 있으며 천체의 중력을 떨쳐 버립니다.

포물선 궤적 - 이심률이 1인 궤도. 그것은 우주 속도와 같은 속도를 가지며 지구의 중력을 떨쳐 버립니다. 속도가 증가함에 따라 쌍곡선 궤도가 됩니다.

탈출궤도 (EO) - 물체가 우주 속도로 지구를 떠나는 포물선 궤도.

궤도 포착 - 물체가 우주 속도로 지구에 접근하는 포물선 궤적.

회귀궤도 - 하루에 여러 번 행성을 공전하고 하루 후에 같은 시간에 원래 표면으로 돌아가는 궤도입니다. 행성의 자전주기는 위성의 궤도주기 정수배 입니다.

동기 궤도 (SO) - 행성의 자전주기와 위성의 궤도주기가 동일한 궤도. 지상 관측자의 관점에서 위성은 아날렘마로 움직입니다.

정지 궤도(GEO) - 지구 주위의 동기 궤도. 고도 약 35,786km.

정지 궤도(GSO) -경사가 0°인 정지 궤도. 지상 관측자들에게 위성은 하늘에 고정된 것처럼 보인다. Arthur C. Clarke의 이름을 따서 Clark 궤도라 고도합니다.

준 천정 궤도 (QZO) - 궤도의 기울기와 이심률이 적도에서 멀리 떨어진 특정 지역의 하늘에 오랫동안 머물도록 조정되는 동기 궤도.

묘지 궤도 - 정지 궤도에서 수백 킬로미터 위의 궤도. 위성은 임무가 끝나면 여기로 이동합니다.

비동기 궤도 - 정지 궤도 또는 정지 궤도 바로 아래에 있는 표류 궤도입니다. 위성은 동쪽으로 표류합니다.

화성 동기 궤도 - 화성 주위의 동기 궤도. 궤도주기는 화성의 항성시(24.6229시간)와 같습니다.

화성 정지 궤도(ASO) - 화성 적도 위 1700km 고도에서 화성의 동기 궤도. 그것은 지구의 정지 궤도에 해당합니다.

태양 동기 궤도 - 태양 주위의 동기 궤도. 궤도반경은 0.1628AU로 수성 궤도 반경의 절반보다 약간 작습니다.

반 동기 궤도 (SSO) - 궤도주기가 행성 자전주기의 절반과 같은 궤도.

하위 회귀궤도 - 하루에 여러 번 지구를 공전하고 하루 안에 돌아오지 않지만 기간 후에 원래 표면으로 돌아가는 궤도.

태양 동기 궤도 - 인공위성의 궤도면과 태양 광선 사이의 각도가 항상 일정한 각도를 이루는 궤도. 햇빛은 항상 사용할 수 있고 태양 광선의 각도는 지구 표면에 대해 항상 일정하기 때문에 지구 관측 위성에 사용됩니다.

말굽 궤도 - 지상 관측자에게는 관측자가 있는 행성 주위를 공전하는 것처럼 보이지만 실제로는 관측된 물체가 행성과 공유 궤도에 있습니다.

엑소 궤도 - 궤도에 도달하기로 되어 있었지만 부족으로 떨어지는 궤도. 준궤도 비행의 동의어.

Hohmann 전이궤도 (LTO) - 추진 장치를 두 번 사용하여서 한 원형 궤도에서 다른 원형 궤도로 이동하는 궤도.