항공우주학 인공위성의 궤도와 주파수

밤하늘을 보다보면 별이라고 보기에는 유독 반짝이는걸 볼수 있다. 바로 인공위성이다. 지구의 둘레를 공전하는 물체로 통신, 기상, 방송, 군사등 여러곳에서 쓰여지고 있다.이러한 인공위성이 어디에서 어떻게 움직이고 있는지 궁금했다.

 

고도에 따라 다른 인공위성의 궤도속도

위성의 궤도는 고도에 따라 나뉘어지는데 2,000km이하는 저궤도, 2,000~36,000km 사이는 중궤도 36,000km이상은 고궤도 그리도 36,000km에서 정지되어 있는 정지궤도가 있다. 지구를 꾸준히 관찰해야 하는 위성같은 경우에는 고도가 낮은곳으로 이동했다가 원래 궤도로 돌아가기도 하고, 우주비행사들이 오고가는 우주정거장도 350km궤도에 위치하고 있다.

 

 

우리에게 없어서는 안되는 위치정보위성, 즉 GPS는 중궤도에 위치하여 지구에 있는 건물등의 위치를 파악하고 이동경로를 알려주기도 한다.또한 통신위성이나 기상위성은 먼곳에서 한번에 다 살펴보아야 하기 때문에 36,000km인 정지궤도에 위치하고 있다. 고도가 높아질수록 궤도속도도 점차 느려진다. 평균적으로 저궤도는 초속 7.5km로 중궤도는 초속 4.9km로 정지궤도는 초속 3km로 비행한다.

 

위성은 비행위치에 따라 두가지로 나뉜다. 바로 적도를 비행하는 적도궤도와 남,북극을 가로질러 비행하는 극궤도가 있다.적도궤도에 위치하고 있는 위성은 지구와 함께 공전을 하기 때문에 지구에서 관찰시에 항상 같은 자리에 있는것처럼 보인다.

허나 지구가 자전함에 따라 같이 움직이고 있으며 이는 특정지역을 통신하거나 기상을 관찰하는데 이용되어진다.
극궤도에 위치하고 있는 위성은 지구의 적도와 90도의 각을 이루고 있어서 남극과 북극을 지나게 된다.
따라서 이는 지구 전체를 관측하거나 첩보위성으로 주로 사용된다고 한다.

 

위성은 모양에 따라서도 두가지로 나뉜다. 지구를 중심으로 동그란 모양으로 도는 원궤도와 달걀모양으로 도는 타원궤도가 있다. 타원궤도는 모양이 타원모양이어서 지구에서 가까운 지점이 있는가 반면에 먼 지점도 있다. 위성의 공전속도가 각자 다르기 때문에 이러한 차이가 발생한다. 이렇게 두가지로 나뉘어서 비행하는것은 보통 위성의 속도에 따라서 나타난다. 초속 7.9km의 속도를 유지하면서 비행을 하게되면 인공위성은 원궤도로 돌고 이것보다 빠른 속도로 움직이게 되면 원궤도를 벗어나서 타원모양이 된다. 고로 지구를 계속 관찰하는 위성이나 통신을 하는 위성은 지구와 항상 일정한 궤도를 유지해야 하므로 원궤도를 이용한다.

 

 

인공위성은 어떻게 지상과 통신하고 데이터를 주고받을까?

우리는 일상 생활에서 스마트폰을 통해 전화를 하고 인터넷을 사용하며 문자를 주고 받는다. 이처럼 지구밖에 있는 인공위성과 어떻게 통신을 하는건지 궁금했다. 인공위성은 이용할 수 있는 전파의 주파수가 많이 있지만 아무거나 사용하는것이 아니라 특정 주파수를 이용하여 통신을 한다.

 

 

인공위성에서 사용하는 주파수는 어떤것일지 궁금하다. 보통 주파수는 저주파수,중간주파수,고주파수로 분류되는데 위성전화에서는 중간주파수를 이용하며 우리나라와 미국에서 주로 사용되는 주파수라고 한다.

주파수는 범위에 따라 L밴드, S밴드, C밴드, X밴드로 나뉜다. 우리나라에서 가장 많이 사용되는 아리랑위성은 X밴드와 S밴드를 사용하며 일부 지상통신에서는 ku-밴드를 사용하기도 한다. ku-밴드는 현재 유럽권 위성에서 가장 보편적으로 사용되고 있는 주파수이다. 천리안위성은 Ka밴드 주파수를 이용하고 있으며 이는 고주파수로 넓은 지역을 관리하는데 주로 이용되어진다. 통신이나 기상위성이 사용된다고 할수 있다.