까망꼬미 인공위성 이야기

인공위성 구성과 궤도 

인공위성의 궤도는 지난번에 정리를 한번 했는데 높이(고도)에 따라 저궤도,중궤도,정지궤도,고궤도로 나누어 진다.

저궤도는 25-~2000km ,중궤도는 2000~3만6000km, 정지궤도는 3만6000km, 구궤도는 3만6000km 이상으로 구분되어 지고 지구관측위성이나 첩보위성은 지구 표면을 관찰해야 하기 때문에 낮은궤도를 돈다.우주정거장도 비행사들이 오고가고 생활과 연구에 필요한 물품들을 보내야 하기 때문에 약 350km정도 낮은 궤도에 머물러 있다고 한다.

그에 비해 위치정보위성(gps)같은 항법위성은 높은곳에서 위치 정보를 알려줘야 하기 때문에 고도 약 2000km에서 3만km사이인 중궤도에 있다.

무궁화 위성 같은 통신위성들도 통신이 잘 이루어지도록 가급적이면 넓은 범위에서 중계를 해야 되기 때문에 중궤도 보다 높은 정지궤도에서 운영을 하고 있다.천리안 위성처럼 기상위성도 한번에 넓은 지역을 관찰해야 하기 때문에 정지궤도에 자리잡고 있다.

고도에 따라 위성의 궤도를 도는 속도도 다른데 고도 700km에 있는 다목적실용위성은 초속 7.5km로 돌고 있으며 고도 1만km에 있는 중궤도 위성은 초속 4.9km, 고도3만6000km에 위치한 정지궤도 위성은 초속3km로 비행한다.

궤도는 지구의 적도를 비행하거나 북극과 남극을 가로 질러서 비행하는 적도궤도와 극궤도 두가지로 나누어 진다.

적도궤도는 적도와 차이가 0도 되는 지점으로 적도궤도에 있는 위성은 지구의 자전속도에 맞추어 공전 하면서 지상에서 망원경을 통해 관측을 하게 되면 항상 같은 자이레 있는것 처럼 보인다.우리가 가끔 밤하늘에 별처럼 보이는 것이 적도궤도를 도는 위성인거 같다,

넓은 특정지역의 통신,기상을 관측하는 위성들은 적도 궤도를 이용한다.

극궤도는 적도와 90도의 각도로 이루는 궤도인데 남극과 북극을 지난다.지구가 동서로 자전하는 동안 극궤도 위성은 남북으로 이동하기 때문에 지구 전체를 관찰할수 있는 장점이 있다.그래서 극궤도는 지구관측위성이나 첩보위성이 이용한다고 한다.

궤도 모양에 따라 원궤도와 타원궤도로 나누어 진다.원궤도는 지구를 중심으로 볼링공 모양과 같이 도는 궤도를 말한다.타원궤도는 달갈모양의 타원형 모양으로 궤도에서 지구까지 제일 가까운 지점과 먼 지점이 있다.이 차이는 인공위성의 임무에 따라 위성의 공전 속도가 다르기 때문이다.

이처럼 위성이 원궤도와 타원궤도로 비행 하는것은 위성의 속도와 관계가 있는데 인공위성이 초속 7.9km 속도로 비행하면 원궤도를 돌며 이보다 빠르게 움직이면 원 모양을 벗어나서 타원 모양의 궤도를 돌게 된다.

지구 표면을 관측하거나 지구와 계속 통신을 해야 하는 지구과늑위성이나 항법위성,통신위성들은 지표면과 거리를 항상 일정하게 유지해야 하기때문에 원궤도를 주요 이용한다.

반면에 실험위성이나 우주관측위성처럼 우주의 한 지점을 바라보는 것이 더 중요한 위성들은 타원궤도를 돌면서 목표지점으로 빠르게 이동한다.

인공위성이 사용하는 주파수 

우리는 대개 츄대전화를 사용하여 상대방과 대화를 하는데 지구 밖에 있는 인공위성은 어떻게 지상과 통신을 하는지 알아보자

인공위성도 휴대전화와 마찬가지로 전파를 사용하는데 전파는 사용 가능한 주파수 폭이 무한히 넓지만 특정한 주파수만 사용하여 통신을 한다.

주파수는 저주파수와 중간주파수,고주파수로 분류 되는데 위성에서 사용하는 주파수는 위성전화로 사용하는 중간주파수 대역을 이용한다.주파수는 대역에 따라 L밴드,S밴드,C밴드,X밴드로 구분된다.이 주파수 대역은 미국과 우리나라에서 많이 사용된다.

아리랑 위성은 X밴드와 S밴드를 사용하는데 유럽 위성에서 일반적으로 사용하는 ku밴드는 1970년대 후반부터 사용하다가 현재는 지상통신에서도 사용한다.통신서비스나 기상관측 서비스에 주로 이용되는 주파수는 ka밴드로 27~40Ghz를 가진 고주파수로 넓은 대역폭을 가지고 있으 광범위한 지역을 관리할수 있다. 사용되는 주파수 밴드의 이름은 2차세계대전 중에 마이크로웨이브 레이더를 개발한 과학자들이 붙인것이라고 한다.

위성과 통신하기 위한 지상국

우주로 쏘아 올린 위성을 관제하고 통신을 하기 위해서는 지상국이 설치 되는데 남극과 북극에서도 지상국이 설치된다고 한다.

아리랑 위성과 같은 지구 관측위성은 고도 500km에서 800km 에 위치하면서 남극과 북극을 지나느 궤도를 도는 극궤도 저궤도 위성인데 지구를 도는데 걸리는 시간이 짧다.

아리랑 위성은 98분에 디구를 한바퀴 도는데 하루동안 14바퀴를 돈다.대전 한국항공우주연구원 지상국와 하루 3~4회 위성과 교신할수 있고 한번에 10분정도 교신이 가능하다.지상국이 위성이 통과하는 북극과 남극에도 있으면 위성이 하루에 지구를 도는 횟수중에 90%정도 까지 교신이 가능해서 하루 3~4회 보다 많은 10회 정도 교신을 할수 있고 문제가 발생했을경우에도 바로 확인후 조치가 가능하다는 장점이 있다.

이런 장점 때문에 우주 선진국에서는 북극과 남극에 안테나를 설치해 별도의 지상국을 운영하고 있다.

우리나라는 4개지역에 안테나를 설치해 위성은 관제 하고 있고 대전 항공우주연구원과 남극 세종기지,미크로네시아 추크주 웨노섬 위성관제소를 자체 운영중이고 북극에서는 노르웨이 스발바르섬에 있는 KSAT사의 안테나를 임대해서 사용하고 있다.

우리나라 위성관제소는 다른나라와의 위성과도 교신이 가능한데 현재는 위리 위성과 교신하는데만 사용하고 있다.

다음에는 하늘을 비행 하는 항공에 대해 알아 보고자 한다.