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지구 동기 궤도

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목차

1. 개요

지구 동기 궤도는 지구의 자전 주기와 동일한 주기로 지구 주위를 공전하는 궤도를 의미한다. 이 궤도는 42,164km의 장반경을 가지며, 궤도 경사각과 이심률에 따라 정지 궤도, 타원 궤도, 툰드라 궤도 등 다양한 종류로 분류된다. 1945년 아서 C. 클라크에 의해 대중화되었으며, 통신 위성, 원격 감지, 항법 등에 활용된다. 위성의 위치 유지를 위해 궤도 수정이 필요하며, 수명이 다한 위성은 묘지 궤도로 이동된다.

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지구 동기 궤도
궤도 특성
종류지구 동기 궤도, 지구 정지 궤도
고도약
주기항성일 (약 23시간 56분 4초)
공전 방향지구 자전 방향과 동일
궤도 경사적도면에 대해 0도 (지구 정지 궤도), 그 외 (지구 동기 궤도)
이심률0 (지구 정지 궤도), 그 외 (지구 동기 궤도)
활용
주요 용도통신 위성
기상 위성
방송 위성

2. 역사

지구 동기 궤도는 아서 C. 클라크라는 과학 소설 작가에 의해 대중화되었으며, 따라서 때때로 클라크 궤도라고 불린다.


1929년, 헤르만 포토치닉은 지구 동기 궤도를 일반적으로 설명하며 우주 정거장에 유용한 궤도로서 정지 지구 궤도를 언급했다.[2] 대중 문학에서 지구 동기 궤도가 처음 등장한 것은 1942년 10월 조지 O. 스미스의 비너스 이쿼터리얼 이야기였지만, 구체적인 내용은 부족했다.[3] 영국의 과학 소설 작가 아서 C. 클라크는 1945년 무선 월드 잡지에 "지구 밖 중계 - 로켓 기지가 전 세계 라디오를 커버할 수 있을까?"라는 논문을 발표하며 이 개념을 확장하고 대중화했다. 클라크는 이 논문에서 방송 및 중계 통신 위성에 지구 동기 궤도가 유용함을 처음 설명했으며,[4][5] 이 공로로 해당 궤도는 때때로 '클라크 궤도'라고 불린다.[6] 이 궤도에 있는 인공위성 집합체는 '클라크 벨트'라고도 한다.[7]

싱콤 2: 최초의 기능적인 지구 동기 위성


최초의 지구 동기 위성은 1959년 휴즈 항공기에서 근무하던 해럴드 로젠이 설계했다. 스푸트니크 1호 발사 이후, 그는 통신을 세계화하기 위해 정지 궤도(지구 동기 적도 궤도) 위성을 사용하고자 했다. 당시 미국과 유럽 간 통신은 한 번에 136명만 가능했으며, 고주파 라디오와 해저 통신 케이블에 의존했다.[11]

당시에는 위성을 지구 동기 궤도에 올리는 데 너무 많은 로켓 연료가 필요하고 비용 대비 수명이 짧을 것이라는 인식이 지배적이어서,[12] 초기 위성 통신 노력은 저궤도나 중간 지구 궤도에 여러 위성을 띄우는 방식으로 진행되었다.[14] 1960년의 수동 반사 위성인 에코와 1962년의 텔스타 1호가 대표적이다.[13] 이 위성들은 신호 강도와 추적에 어려움이 있었는데, 이는 지구 동기 위성으로 해결될 수 있는 문제였지만, 당시에는 비현실적인 개념으로 여겨져 휴즈 항공은 자금 지원 확보에 어려움을 겪었다.[14][11]

1961년, 로젠과 그의 팀은 직경 76cm, 높이 38cm, 무게 11.3kg의 원통형 시제품 위성을 제작했다. 이 위성은 작고 가벼워 당시 로켓으로 발사 가능했으며, 스핀 안정화 방식을 사용하고 쌍극자 안테나를 통해 팬케이크 모양의 전파를 송수신하도록 설계되었다.[15] 1961년 8월, 실제 작동하는 위성 제작 계약을 따냈다.[11] 첫 위성인 싱콤 1호는 전자 장치 고장으로 실패했지만, 1963년 싱콤 2호가 성공적으로 지구 동기 궤도에 배치되었다. 싱콤 2호는 궤도 경사 때문에 지상 안테나의 추적이 필요했지만, 텔레비전 신호를 중계할 수 있었고, 1963년 8월 23일에는 미국의 존 F. 케네디 대통령이 나이지리아의 아부바카르 타파와 발레와 총리에게 선상에서 위성을 통해 전화를 거는 데 사용되었다.[14][16]

오늘날 수백 개의 지구 동기 위성이 원격 감지, 항법, 통신 등 다양한 서비스를 제공하고 있다.[11][1]

하지만 지구상의 인구 밀집 지역 대부분에는 마이크로파나 광섬유를 이용한 지상 통신 시설이 보급되어 위성 통신의 필요성이 줄어들었다. 지상 통신망은 위성 통신에 비해 지연 시간이 짧고 대역폭이 넓다는 장점이 있다.[17] 위성을 경유하는 통신은 전파가 이동하는 데 시간이 걸려 편도 약 1/8초, 왕복 약 1/4초의 지연(time lag)이 발생하며, 이는 대화에 불편을 줄 수 있다. 또한 인터넷의 보급과 휴대 전화의 발달도 위성 통신 수요 감소에 영향을 미쳤다. 그럼에도 불구하고, 캐나다 북극권의 섬들, 남극, 알래스카, 그린란드, 태평양 및 동남아시아의 도서 지역, 해상 선박 등 지상 통신망 구축이 어려운 외딴 지역에서는 여전히 위성 통신이 중요한 역할을 하고 있다.[18][19]

3. 종류

지구 동기 궤도는 모두 평균 반경 약 42164km를 가지지만,[46] 궤도 경사각과 이심률 값에 따라 여러 종류로 나눌 수 있다.

궤도 경사각과 이심률이 모두 0인, 지구의 적도면과 일치하는 원형 궤도를 정지 궤도(GEO)라고 한다. 이 궤도의 위성은 지표면의 한 지점 위에 고정된 것처럼 보인다.

궤도 경사각이 0이 아니거나 이심률을 가질 경우, 궤도는 기울어지거나 타원형이 된다. 이 경우 위성의 지상 궤적은 변형되지만, 하루에 한 번 같은 장소로 돌아온다.[46] 이러한 특성을 이용하는 궤도로는 툰드라 궤도, 준천정 궤도(QZSS) 등이 있다.

3. 1. 정지 궤도

정지 궤도를 따라 공전하는 위성 (녹색)은 항상 지표면 위의 동일한 지점 (갈색)위에 있다.


정지 궤도(Geostationary Orbit, GEO)는 지구 중심으로부터 약 42164km 떨어져 있으며 궤도면이 지구의 적도면과 일치하는 원형의 지구 동기 궤도이다.[46][21] 이 궤도를 도는 위성은 지표면으로부터 약 35786km 고도에 위치하게 된다.[21] 정지 궤도의 가장 큰 특징은 지표면에 대해 항상 같은 위치를 유지한다는 점이다. 지상 관측자가 정지 궤도 위성을 보면, 하늘의 한 지점에 고정되어 움직이지 않는 것처럼 보인다. 즉, 태양이나 달, 별처럼 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 일주 운동이 관측되지 않는다.[20] 이러한 특성은 통신 위성이나 방송 위성 운용에 매우 유리하다.[45][20]

하지만 완벽하게 안정적인 정지 궤도는 이론상으로만 존재한다. 실제 위성은 태양풍, 복사압, 지구 중력장의 미세한 불균형, 달과 태양의 중력 등 여러 외부 요인의 영향을 받아 원래 궤도를 벗어나게 된다.[46][21] 따라서 위성이 정지 궤도를 계속 유지하기 위해서는 주기적으로 추진기를 사용하여 궤도를 수정하는 궤도 유지(orbit keeping) 작업이 필수적이다.[21]

추진기를 사용하지 않으면 위성의 궤도 경사각은 점차 변하게 되는데, 약 55년을 주기로 0도에서 15도 사이를 오가며 변동한다. 위성의 수명이 다해 연료가 거의 소모되면, 연료 소모가 많은 궤도 경사각 조정을 포기하고 궤도의 이심률(찌그러진 정도)만 관리하기도 한다. 이렇게 하면 위성의 수명을 연장할 수 있지만, 위성이 남북 방향으로 주기적으로 움직이게 되므로 지상에서는 이를 추적할 수 있는 안테나가 필요하다.[46][21] 또한, 궤도 유지를 하지 않는 위성은 지구 중력장의 영향으로 동경 75도와 255도(서경 105도) 부근의 안정된 지점으로 점차 이동하려는 경향을 보인다.[21]

정지 궤도의 개념은 1929년 헤르만 포토치닉에 의해 언급되었고,[2] 1945년 영국의 과학 소설 작가 아서 C. 클라크가 무선 월드 잡지에 기고한 글을 통해 널리 알려졌다.[4][5] 클라크는 이 궤도가 전 세계적인 통신 및 방송 중계에 유용할 것이라고 제안했으며, 이 공로를 기려 정지 궤도를 '클라크 궤도'라고 부르기도 한다.[5][6]

최초의 성공적인 정지 궤도(정확히는 경사각이 있는 지구 동기 궤도) 위성은 1963년에 발사된 미국의 싱콤 2호이다.[14][16] 오늘날에는 수백 개의 위성이 정지 궤도 및 지구 동기 궤도에서 원격 감지, 항법, 통신 등의 임무를 수행하고 있다.[11][1] 지상 통신망이 발달했지만, 일부 개발도상국의 외딴 지역에서는 여전히 위성 통신이 중요한 역할을 하고 있다.[18][19]

3. 2. 타원형 또는 경사가 있는 지구 동기 궤도

준 천정 위성 궤도


모든 지구 동기 궤도가 적도 상공에 원형으로 위치하는 것은 아니다. 많은 지구 동기 궤도는 궤도 이심률과 궤도 경사를 가진다. 이심률은 궤도를 타원형으로 만들어 지상 관측소에서 볼 때 위성이 하늘에서 동서 방향으로 진동하는 것처럼 보이게 한다. 또한, 궤도 경사는 적도면에 대해 궤도를 기울여 지상 관측소에서 볼 때 남북 방향으로 진동하는 것처럼 보이게 한다.[46][21] 이 두 효과가 결합되면 위성은 하늘에서 8자 모양의 아날렘마를 그리는 것처럼 보인다.[21]

이러한 타원형 또는 경사 궤도를 도는 위성은 평균 반경 약 42164km를 유지하지만, 지상에서의 궤적은 다소 변형된다. 그럼에도 불구하고 하루에 한 번 같은 지점 상공으로 돌아온다. 궤도 경사각과 이심률을 조절하여 특정 지역 상공에 위성이 더 오래 머물도록 설계할 수도 있다. 예를 들어, 통신 위성의 경우 지상국이나 수신자의 가시 범위 안에 더 오래 머물도록 타원 궤도를 활용할 수 있다.

타원형 궤도나 경사 궤도를 따라 공전하는 위성은 일반적으로 조종 가능한 지상국에서의 추적이 필요하다.[46][21]

3. 2. 1. 툰드라 궤도

툰드라 궤도는 러시아에서 주로 사용하는 타원형 지구 동기 궤도로, 위성이 고위도 지역 상공에서 오랜 시간 머물도록 설계되었다.[47][22] 이 궤도의 궤도 경사는 63.4°인데, 이는 동결 궤도에 해당하여 궤도 유지의 필요성을 줄여준다.[47][22] 해당 지역에 지속적인 통신 서비스를 제공하기 위해서는 최소 두 대 이상의 위성이 필요하다.[48][23] 시리우스 XM 위성 라디오는 이 궤도를 이용하여 미국 북부와 캐나다 지역의 통신 서비스 신호 강도를 향상시킨 바 있다.[49][24]

3. 2. 2. 준천정 궤도 (QZSS)



많은 지구 동기 궤도는 궤도 이심률과 궤도 경사를 가진다. 이심률은 궤도를 타원형으로 만들어 지상에서 관측 시 동서 방향으로 진동하는 것처럼 보이게 하고, 궤도 경사는 남북 방향 진동처럼 보이게 한다.[46] 이러한 타원 궤도나 경사 궤도를 도는 위성은 지상 시설의 추적이 필요하다.[46]

준천정 위성 시스템(QZSS)은 큰 궤도 경사각과 약간의 이심률을 가지며, 중고위도의 특정 지역 상공에 오랫동안 머물도록 설계된 대표적인 예이다. 이 시스템은 일본에서 개발한 것으로, 4개의 위성으로 구성되어 있으며, 42°의 궤도 경사와 0.075의 궤도 이심률을 가진 지구 동기 궤도에서 운용된다.[25][50] 각 위성은 일본 상공에 장시간 머물면서 도심 협곡과 같이 위성 신호 수신이 어려운 지역의 수신기에 신호를 효과적으로 전달하고, 이후 오스트레일리아 상공은 빠르게 통과하도록 설계되었다.[26][51]

4. 발사

지구 동기 궤도 위성은 지구의 자전 방향과 같은 동쪽으로 순행 운동 하도록 발사된다.[53][28] 발사 장소의 위도가 낮을수록, 즉 적도에 가까울수록 유리한데, 이는 두 가지 주요 이유 때문이다. 첫째, 위성이 발사 후 궤도 수정 없이 가질 수 있는 최소 궤도 경사는 발사 장소의 위도와 같으므로, 적도 근처에서 발사하면 나중에 궤도 경사를 0도로 맞추기 위한 궤도 경사각 변경에 필요한 연료 소모를 줄일 수 있다.[53][28] 둘째, 적도 지역은 지구 자전에 의한 속도가 가장 빠르기 때문에, 이 속도를 이용하여 위성에 추가적인 추진력을 얻을 수 있어 발사에 필요한 에너지를 절약할 수 있다.[52][27] 안전을 위해 발사 장소의 동쪽에는 넓은 바다나 사막 등이 있어서, 발사 실패 시 로켓 잔해가 인구 밀집 지역에 떨어지는 것을 방지해야 한다.[52][27]

대부분의 발사체는 위성을 목표 지구 동기 궤도(GSO)에 직접 올리는 대신, 먼저 정지 천이 궤도(GTO)라는 타원 궤도에 올려놓는다.[53][54][28][29] 정지 천이 궤도는 원지점(궤도상에서 지구로부터 가장 먼 지점)의 고도는 목표 지구 동기 궤도와 같지만, 근지점(궤도상에서 지구로부터 가장 가까운 지점)은 훨씬 낮은 고도에 위치한다.[53][28] 위성은 이 정지 천이 궤도에 진입한 후, 자체에 탑재된 추진 시스템(주로 원지점 엔진)을 사용하여 원지점에서 속도를 높여 근지점 고도를 상승시킨다. 이 과정을 통해 궤도를 점차 원형으로 만들고, 최종적으로 목표하는 지구 동기 궤도에 안착하게 된다.[53][54][28][29]

5. 제안된 궤도

기존의 지구 동기 궤도는 주로 중력에 의존하여 유지되지만, 이와는 다른 원리를 이용하는 새로운 개념의 궤도들이 이론적으로 제안되었다. 이러한 궤도들은 아직 실현되지 않은 가상의 개념으로, 태양 복사압이나 구조물의 장력 같은 추가적인 힘을 활용하여 특정 위치를 유지하는 방식을 탐구한다. 대표적인 예로는 태양 돛을 이용하는 스타타이트나 거대한 케이블 구조물인 우주 엘리베이터 등이 있으며, 이는 미래 우주 기술의 가능성을 보여주는 개념들이다.

5. 1. 스타타이트 (Statite)

스타타이트(Statite)는 태양 돛을 이용하여 태양풍[55]이나 태양 복사압[31]을 추진력으로 사용하는 가상의 위성이다.[55] 이 위성은 태양 돛에 작용하는 태양 복사압을 통해 궤도를 능동적으로 수정하고 유지하는 방식으로 작동한다.[31]

스타타이트는 지구의 태양 반대편, 즉 어두운 면 상공의 위도 약 30도 지점에 위치를 고정할 것으로 구상된다.[55][31] 지구상의 관측자가 볼 때 매일 같은 시각에 하늘의 동일한 지점으로 돌아오는 것처럼 보이므로,[55] 지구 동기 궤도나 정지 궤도 위성과 기능적으로 유사한 역할을 수행할 수 있다.[55][56][31][32]

이론적으로 태양 돛과 같이 중력 이외의 힘을 이용할 수 있다면, 중력만으로는 형성될 수 없는 다양한 형태의 능동 제어 지구 동기 궤도를 유지하는 것이 가능하다. 그러나 스타타이트를 포함하여 이러한 개념을 실현하기 위한 장치는 아직 이론 단계에 머물러 있다.

5. 2. 우주 엘리베이터

우주 엘리베이터는 지구 동기 궤도의 한 형태로 이론상으로만 존재하는 거대한 구조물 개념이다. 이는 지구 표면의 한 지점과 정지 궤도 상의 한 지점을 매우 긴 케이블(테더)로 연결하는 개념이다.[57]

우주 엘리베이터의 한쪽 끝이 지구 표면에 고정되면, 정지 궤도 고도보다 아래쪽에 있는 케이블 부분은 중력의 영향만 받을 때보다 더 짧은 공전 주기를 가지려고 한다. 반대로 정지 궤도 고도보다 위쪽에 있는 부분(균형추 포함)은 더 긴 공전 주기를 가지려고 한다. 이 힘들의 균형과 지구 자전에 의한 원심력이 작용하여 케이블 전체에 팽팽한 장력이 발생한다. 이 장력을 이용하여 엘리베이터처럼 오르내리는 '클라이머'를 통해 인공위성이나 화물을 정지 궤도까지 운반할 수 있다는 아이디어이다.

이론적으로, 만약 정지 궤도 벨트 위에 충분한 질량이 있고 이것이 지구 표면과 연결되어 삭별일(약 23시간 56분)과 동일한 주기로 회전하도록 유지된다면, 전체 구조물은 중력만으로는 설명되지 않는 추가적인 힘(지구 쪽으로 당기는 구심력과 바깥쪽으로 작용하는 원심력의 균형)을 통해 팽팽한 상태를 유지하게 된다. 이 팽팽한 케이블이 물체를 끌어올리는 통로 역할을 한다.

하지만 현재의 기술 수준으로는 이러한 거대한 구조물을 건설하는 데 필요한 강도를 가진 재료를 만들거나 설치하는 것이 불가능하며, 많은 기술적 과제가 남아 있어 아직은 이론 단계에 머물러 있다.

6. 수명을 다한 위성

지구 동기 궤도를 공전하는 위성은 그 위치를 유지하기 위해 어느 정도의 궤도 유지가 필요하다.[46] 위성은 시간이 지남에 따라 태양풍, 지구 중력장의 불균일성, 달과 태양의 중력 등의 영향으로 원래 궤도를 벗어나게 된다.[46] 이를 보정하기 위해 추진기를 사용하는데, 연료가 고갈되면 더 이상 정밀한 궤도 조정이 어려워진다.[46]

연료가 거의 소진된 위성은 운영 효율성을 높이기 위해 궤도 경사각 조정은 포기하고 궤도의 이심률만 조정하기도 한다. 이는 연료를 절약하여 위성 수명을 연장하는 방법이지만, 지상에서는 위성이 남북으로 움직이는 것처럼 보이므로 추적이 가능한 안테나가 필요하다.[46]

결국 연료가 완전히 떨어져 더 이상 운용할 수 없게 된 위성은 다른 운영 중인 위성과의 충돌을 방지하고 우주 쓰레기 문제를 줄이기 위해, 국제적인 규제에 따라[59][35] 원래의 지구 동기 궤도보다 더 높은 고도의 묘지 궤도(graveyard orbiteng)로 이동시킨다.[58][34] 위성을 지구의 중력장 밖으로 완전히 보내는 것은 묘지 궤도로 이동시키는 것보다 훨씬 많은 연료가 필요하여 비경제적이기 때문이다.[58][34]

6. 1. 우주 쓰레기

우주에서 본 지구 주위에 흰 점들이 고리처럼 분포함
컴퓨터로 생성된 우주 쓰레기 분포 모습. 지구 동기 궤도와 지구 저궤도에 밀집된 영역이 보인다.


지구 동기 궤도를 공전하는 위성은 제자리를 유지하기 위해 어느 정도의 궤도 유지가 필요하다.[58] 추진기 연료가 소진되어 더 이상 쓸모없게 된 위성은 일반적으로 지구 동기 궤도보다 더 높은 묘지 궤도로 이동시킨다. 위성을 지구의 중력장 밖으로 보내는 것은 훨씬 더 많은 연료가 필요하여 경제적이지 않기 때문이다.[58][34] 퇴역 절차에 대한 규제는 점점 강화되고 있으며, 위성은 수명이 다했을 때 지구 정지 궤도 벨트 위로 200km 이상 이동할 확률이 90% 이상이어야 한다.[59][35] 대기 항력은 거의 무시할 수 있어 지구 동기 궤도 위성의 수명은 수천 년에 달할 수 있다.[34]

지구 동기 궤도의 우주 쓰레기는 대부분 같은 궤도면, 고도, 속도로 공전하기 때문에 지구 저궤도(LEO)보다 충돌 속도가 일반적으로 낮다. 하지만 타원 궤도를 가진 위성과의 충돌은 최대 4 km/s의 속도로 발생할 수 있다.[60][36] 충돌 가능성이 비교적 낮더라도, 지구 동기 궤도 위성이 모든 파편을 피할 수 있는 능력은 제한적이다.[60][36] 특히 지름이 10cm 미만인 파편은 지상에서 관측하기 어려워 그 발생 빈도와 위험성을 정확히 평가하기 어렵다.[61][37]

이러한 위험을 줄이기 위한 노력에도 불구하고 충돌 사고가 발생하기도 했다. 1993년 8월 11일, 유럽우주국(ESA)의 통신 위성 올림푸스-1이 유성체와 충돌하여 결국 묘지 궤도로 옮겨졌다.[62][38] 2006년에는 러시아의 통신 위성 익스프레스-AM11이 정체 불명의 물체와 충돌하여 작동 불능 상태가 되었으나, 기술진이 묘지 궤도로 이동시킬 수 있었다.[63][39] 2017년에는 AMC-9 위성과 텔콤-1 위성이 알려지지 않은 원인으로 파손되는 사고가 발생했다.[64][61][65][40][37][41]

7. 특성

지구 밖 관찰자(ECI)와 지구 자전 속도로 지구 주위를 공전하는 관찰자(ECEF)의 관점에서 경사각이 있는 정지 궤도가 아닌 지구 동기 궤도의 궤도


지구 동기 궤도는 다음과 같은 특징을 갖는다.

  • 주기: 1436분 (1 항성일)
  • 장반경: 42164km[21]


이 외에도 궤도 경사나 지상 궤적 등 다양한 특성이 있으며, 이는 하위 문단에서 더 자세히 설명한다.

7. 1. 주기

모든 지구 동기 궤도는 정확히 1 항성일(약 1436분)의 주기를 가진다.[66] 이는 지구 동기 궤도를 따라 공전하는 위성은 다른 궤도 요소와 상관없이 지표면의 똑같은 지점 위로 매 항성일마다 돌아온다는 것을 의미한다.[67][46] 이 궤도의 주기 T는 다음의 공식에 의하여 궤도의 장반경에 의존한다.

T = 2\pi\sqrt{a^3 \over \mu}

여기서

  • a는 궤도의 장반경 길이
  • \mu는 중심체(지구)의 표준 중력 매개변수이다.[46][21]

7. 2. 궤도 경사



지구 동기 궤도는 원칙적으로 어떤 경사든 가질 수 있다.

가장 일반적으로 사용되는 경사각은 0도로, 이 경우 궤도는 항상 지구의 적도 상공에 위치하게 된다. 정지 궤도가 대표적인 예시이며, 지표면의 특정 지점에서 관측했을 때 위성은 하늘의 한 지점에 고정된 것처럼 보인다. 즉, 위성의 위도 변화가 관측되지 않는다.[46][21]

다른 중요한 경사각으로는 63.4도가 있다. 이 경사각은 러시아 등에서 운용하는 툰드라 궤도에 사용되며, 궤도의 근점 편각 또는 원지점 인자가 시간이 지나도 거의 변하지 않도록 유지하는 데 유리하다.[47][22]

궤도 경사각이 0도가 아닌 경우, 위성은 타원 궤도를 돌며 지상에서 관측했을 때 주기적으로 남북 방향으로 움직이는 것처럼 보인다.[46] 이러한 위성을 이용하기 위해서는 지상 안테나에 추적 기능이 필요할 수 있다.[46]

이론적으로 완벽한 정지 궤도는 경사각이 0도이지만, 실제로는 태양풍, 지구 중력장의 불균일성, 달과 태양의 중력 등 다양한 외부 요인의 섭동으로 인해 경사각이 자연적으로 변하게 된다. 인공위성의 추진기를 이용해 주기적으로 궤도를 수정하지 않으면, 정지 궤도의 경사각은 약 55년을 주기로 0도에서 최대 15도까지 서서히 변동한다.[46] 위성의 운용 후반기에 연료가 부족해지면, 위성 운영자는 연료 소모가 많은 경사각 유지를 포기하고 궤도 이심률 조정에만 집중하여 위성 수명을 연장하기도 한다. 이 경우 위성은 지상에서 볼 때 남북으로 움직이게 되므로, 이를 수신하기 위해서는 추적 기능이 있는 안테나가 필요하다.[46]

7. 3. 지상 궤적 (Ground track)



정지 궤도의 경우, 위성의 지상 궤적은 적도 상의 한 점이다.[21] 그러나 궤도 경사나 이심률이 0이 아닌 일반적인 지구 동기 궤도의 경우, 지상 궤적은 다소 왜곡된 8자 모양을 그리며, 매 항성일마다 같은 위치로 돌아온다.[21]

이심률은 궤도를 타원형으로 만들어 지상에서 볼 때 위성이 동서 방향으로 진동하는 것처럼 보이게 하고, 궤도 경사는 남북 방향으로 진동하는 것처럼 보이게 한다.[46] 이러한 이유로 타원 궤도를 그리거나 경사가 있는 궤도를 도는 위성은 지상의 관제 시설에서 추적해야 한다.[46]

참조

[1] 뉴스 What Is a Geosynchronous Orbit? https://www.space.co[...] Space.com 2022-07-15
[2] 서적 Das Problem der Befahrung des Weltraums: Der Raketen-Motor https://commons.wiki[...] Richard Carl Schmidt & Co.
[3] 서적 The Complete Venus Equilateral https://books.google[...] Ballantine Books 1976
[4] 서적 Arthur C. Clarke https://archive.org/[...] Contemporary Books
[5] 간행물 Extra-Terrestrial Relays – Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage? http://www.clarkefou[...] 2009-03-04
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