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지구 주회 궤도

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목차

1. 개요

지구 주회 궤도는 지구를 공전하는 물체의 궤도를 의미하며, 궤도 유형은 고도, 경사각, 이심률, 방향, 지구 동기 여부 등 다양한 기준에 따라 분류된다. 궤도는 대기권 통과 궤도, 지구 저궤도, 중궤도, 고궤도 등으로 고도에 따라 나뉘며, 궤도 경사각에 따라 극궤도, 태양 동기 궤도 등으로 구분된다. 이심률에 따라 원 궤도, 타원 궤도, 포물선 궤도, 쌍곡선 궤도로 분류되며, 순행 궤도와 역행 궤도는 궤도의 방향에 따라 구분된다. 또한, 지구 동기 궤도, 준동기 궤도, 정지 궤도 등 지구 동기 여부에 따른 분류도 존재한다. 이 외에도 태양 동기 궤도, 달 궤도 등이 있으며, 비지구 궤도로는 말굽 궤도와 준궤도 비행이 있다.

2. 용어


  • '''고도''': 여기서는 지구 평균 해수면으로부터의 물체의 높이를 의미한다.
  • '''아날렘마''': 천문학에서 1년 동안 천구에서 태양의 위치를 나타내는 데 사용되는 용어이다. 숫자 8과 매우 유사하다.
  • '''원지점''': 위성 또는 천체가 지구로부터 가장 멀리 떨어져 있는 지점이며, 이 지점에서 궤도 속도는 최소가 된다.
  • '''궤도 이심률''': 궤도가 완벽한 원에서 얼마나 벗어나는지를 나타내는 척도이다. 이심률은 모든 원궤도 및 타원 궤도와 포물선 궤도 및 쌍곡선 궤도에 대해 엄격하게 정의된다.
  • '''적도면''': 여기서는 지구의 적도에서 천구까지 뻗어 있는 가상의 평면을 의미한다.
  • '''탈출 속도''': 여기서는 추진 없이 물체가 지구로부터 무한정 멀어지기 위해 가져야 하는 최소 속도를 의미한다. 이 속도에서 물체는 포물선 궤도에 진입한다. 이 속도 이상에서는 쌍곡선 궤도에 진입한다.
  • '''임펄스''': 작용하는 시간 동안 힘의 적분이다. (N·sec)로 측정된다.
  • '''궤도 경사각''': 기준 평면과 다른 평면 또는 축 사이의 각도이다. 여기에서 논의되는 의미에서 기준 평면은 지구의 적도면이다.
  • '''궤도 요소''': 해당 궤도를 고유하게 지정하는 데 필요한 케플러 궤도 요소의 여섯 가지 매개변수이다.
  • '''궤도 주기''': 여기에서 정의된 대로, 위성이 지구 주위를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간이다.
  • '''근지점''': 위성 또는 천체가 지구에 가장 가깝게 접근하는 지점이며, 이 지점에서 궤도 속도는 최대가 된다.
  • '''항성일''': 천체가 360° 회전하는 데 걸리는 시간이다. 지구의 경우 23시간 56분 4.091초이다.
  • '''태양시''': 여기서는 해시계로 측정한 지역 시간을 의미한다.
  • '''속도''': 특정 방향으로의 물체의 속력이다. 속도는 벡터로 정의되므로 속도와 방향 모두를 정의해야 한다.

3. 지구 중심 궤도의 유형

지구 중심 궤도는 다양한 기준으로 분류할 수 있다.


몰니야 궤도: 경사각이 63.4°이고 궤도 주기가 항성일의 절반인 궤도이다.
툰드라 궤도: 경사각이 63.4°이고 궤도 주기가 1 항성일인 궤도이다.

  • * 포물선 궤도: 이심률이 1인 궤도이다.
  • * 쌍곡선 궤도: 이심률이 1보다 큰 궤도이다.
  • 방향에 따른 분류
  • * 순행 궤도: 지구의 자전과 같은 방향으로 회전하는 궤도이다.
  • * 역행 궤도: 지구의 자전과 반대 방향으로 회전하는 궤도이다.
  • 지구 동기 분류
  • * 준동기 궤도: 고도가 약 20200km이고 궤도 주기가 약 12시간인 궤도이다.
  • * 지구 동기 궤도(GEO): 고도가 약 35786km인 궤도이다.
  • ** 정지 궤도(GSO): 경사가 0인 정지 궤도이다.

라그랑주 점: 지구를 공전하는 물체의 라그랑주 점은 서경 105도와 동경 75도에 위치해 있다.[10]

  • * 초동기 궤도: GSO/GEO 위의 폐기 궤도이다.
  • * 아동기 궤도: GSO/GEO 아래의 폐기 궤도이다.
  • * 묘지 궤도: 위성이 작동이 끝날 때 이동하는 궤도이다.
  • 기타 기준 분류
  • * 태양 동기 궤도: 고도와 궤도 경사각을 결합하여 위성이 특정 지점을 동일한 태양시에 통과하도록 하는 궤도이다.
  • * 달 궤도: 지구 달의 궤도이다.
  • 비지구 궤도
  • * 말굽 궤도: 지상 관찰자에게는 행성을 공전하는 것처럼 보이지만 실제로는 행성과 공동 궤도에 있는 궤도이다.
  • * 준궤도 비행: 우주선이 궤도 높이에 근접하지만 이를 유지할 속도가 부족한 발사이다.

3. 1. 고도에 따른 분류

저궤도(청록색)와 중궤도(노란색) 지구 궤도 영역. 검은색 점선은 지구 동기 궤도이다. 녹색 점선은 GPS 위성에 사용되는 궤도이다.

  • '''대기권 통과 궤도(Transatmospheric orbit, TAO)''': 원지점 고도가 100km 이상이고 정의된 대기와 교차하는 근지점이 있는 지구 궤도.[8]
  • '''지구 저궤도(Low Earth orbit, LEO)''': 평균 해발 160km에서 2000km 사이 고도 범위의 지구 궤도. 160km에서 1회전은 약 90분이 소요되며 원형 궤도 속도는 8km/s이다.
  • '''지구 중궤도(Medium Earth orbit, MEO)''': 원지점 고도가 2000km에서 정지 궤도의 35786km 사이인 지구 궤도.
  • '''지구 동기 궤도(Geosynchronous orbit, GEO)''': 고도 35786km의 지구 중심 원형 궤도. 궤도 주기는 지구 자전 주기와 일치하는 항성일 하루와 같다. 속도는 약 3km/s이다.
  • '''지구 고궤도(High Earth orbit, HEO)''': 지구 동기 궤도보다 원지점 고도가 더 높은 지구 궤도. 고궤도의 특별한 경우는 근지점 고도가 2000km 미만인 장타원 궤도이다.[9]

3. 2. 궤도 경사각에 따른 분류


  • 경사 궤도: 적도면에 대한 궤도 경사각이 0이 아닌 궤도이다.
  • 극궤도: 행성의 극 위 또는 거의 위를 통과하는 위성 궤도로, 궤도 경사각은 90도 또는 그에 매우 가깝다.
  • 태양 동기 궤도: 매 통과 시마다 같은 지방 시에 적도를 통과하는 거의 극궤도이다. 그림자 모양이 매 통과 시마다 동일하므로, 그림 촬영 위성에 유용하다.

3. 3. 궤도 이심률에 따른 분류


  • 원 궤도: 이심률이 0으로, 궤도가 원을 그리는 궤도이다.
  • 타원 궤도: 이심률이 0보다 크고 1보다 작은 궤도로, 궤도가 타원을 그리는 궤도이다.
  • * 호만 전이 궤도: 우주선을 한 원형 궤도에서 다른 원형 궤도로 이동시키는 궤도이다. 발터 호만의 이름을 따서 명명되었다.
  • * 정지 전이 궤도: 근지점이 지구 저궤도(LEO)의 고도에 있고 원지점이 지구 동기 궤도의 고도에 있는 지구 중심 타원 궤도이다.
  • * 장타원 궤도: 원지점이 35,786km 이상이고 근지점이 약 1,000km인 궤도이다. 원지점 근처에서 긴 체류 시간을 갖는다.
  • ** 몰니야 궤도: 경사각이 63.4°이고 궤도 주기가 항성일의 1/2(약 12시간)인 장타원 궤도이다. 이러한 위성은 지구의 지정된 지역에서 대부분의 시간을 보낸다.
  • ** 툰드라 궤도: 경사각이 63.4°이고 궤도 주기가 1 항성일(약 24시간)인 장타원 궤도이다. 이러한 위성은 지구의 지정된 지역에서 대부분의 시간을 보낸다.
  • 포물선 궤도: 이심률이 정확히 1인 궤도이다. 물체의 속도는 탈출 속도와 같으므로 지구의 중력을 벗어나 계속 이동한다.
  • 쌍곡선 궤도: 이심률이 1보다 큰 궤도이다. 물체의 속도는 탈출 속도를 초과하므로 지구의 중력을 벗어나 감속되면서 무한히 계속 이동한다.

3. 4. 방향에 따른 분류


  • 순행 궤도: 지구의 자전과 같은 방향으로 지구가 중심을 회전하는 궤도이다. 지구 적도면에 대한 물체의 투영이 지구 자전과 같은 방향으로 지구를 공전한다.
  • 역행 궤도: 지구의 자전과 반대 방향으로 지구가 중심을 회전하는 궤도이다. 지구 적도면에 대한 물체의 투영이 지구 자전과 반대 방향으로 지구를 공전한다.

3. 5. 지구 동기 분류


  • 준동기 궤도: 고도가 약 20200km이고 궤도 주기가 약 12시간인 궤도이다.
  • 지구 동기 궤도(GEO): 고도가 약 35786km인 궤도이다. 그러한 위성은 하늘에서 아날렘마를 따른다.
  • * 정지 궤도(GSO): 경사가 0인 정지 궤도이다. 지상에 있는 관찰자에게는 이 위성이 하늘에 고정된 점으로 보일 것이다. 아서 C. 클라크의 이름을 따서 '''클라크 궤도'''라고도 한다.
  • ** 라그랑주 점: 지구를 공전하는 물체의 라그랑주 점은 서경 105도와 동경 75도에 위치해 있다. 160개 이상의 위성이 이 두 지점에 모여 있다.[10]
  • 초동기 궤도: GSO/GEO 위의 폐기/저장 궤도이다. 위성은 서쪽으로 표류한다.
  • 아동기 궤도: GSO/GEO 아래의 폐기/저장 궤도이다. 위성은 동쪽으로 표류한다.
  • 묘지 궤도: 위성이 작동이 끝날 때 이동하는 궤도. 정지 궤도에서 수백 킬로미터 위에 있는 궤도이다.

3. 6. 기타 기준 분류

3. 7. 비지구 궤도


  • 말굽 궤도: 지상 관찰자에게는 행성을 공전하는 것처럼 보이지만 실제로는 행성과 공동 궤도에 있는 궤도이다. 3753 크루이네 및 2002 AA29 소행성을 참조.
  • 준궤도 비행: 우주선이 궤도 높이에 근접하지만 이를 유지할 속도가 부족한 발사이다.

참조

[1] 웹사이트 Satellite Situation Report, 1997 http://liftoff.msfc.[...] NASA Goddard Space Flight Center 2006-09-10
[2] 간행물 Getting to Low Earth Orbit http://www.spacefutu[...] 2012-03-18
[3] 간행물 X-15 Walkaround http://www.airspacem[...] Air & Space Magazine 2009-06-19
[4] 간행물 100 lbs to Low Earth Orbit (LEO): Small-Payload Launch Options http://en.scientific[...] The Mitre Corporation 2012-01-21
[5] 간행물 Atmospheric Science and Environment https://books.google[...] Allied Publishers 2000-01-01
[6] 간행물 Satellite Lifetimes and Solar Activity http://www.ips.gov.a[...] Commonwealth of Australia Bureau of Weather, Space Weather Branch 2011-12-31
[7] 간행물 Earth Fact Sheet http://nssdc.gsfc.na[...] NASA 2012-05-10
[8] 웹사이트 Jonathan's Space Report https://planet4589.o[...] 1998-05-24
[9] 웹사이트 Definitions of geocentric orbits from the Goddard Space Flight Center http://gcmd.nasa.gov[...] 2010-05-27
[10] 웹사이트 Out-of-Control Satellite Threatens Other Nearby Spacecraft https://news.yahoo.c[...] SPACE.com 2010-05-03
[11] 웹사이트 Definitions of geocentric orbits from the Goddard Space Flight Center http://gcmd.nasa.gov[...] 2010-05-27
[12] 웹사이트 Out-of-Control Satellite Threatens Other Nearby Spacecraft https://web.archive.[...] SPACE.com 2010-05-03


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