정지위성의 원리

인공위성이 떨어지지 않고 지구의 주위를 계속하여 돌고 있는 것은 지구가 매초 465m 속도로 자전하면서 태양의 주위를 매초 30Km 속도로 공전하고 있기 때문이다.

 

공기의 저항이 없다고 가정한다면 지구 위에서 수평으로 던진 돌의 속도를 빨리해 지구로부터 떨어져 나가려는 돌의 원심력과 지구의 인력이 균형이 잡히도록 한다면 돌이 지구로 떨어지지 않고 지구 주위를 계속 돌게 된다. 그에 필요한 속도는 매초 7.91Km이다.

 

정지위성은 지구에서 볼 때 정지하고 있는 것 같지만 지구에서 약 36,000Km 상공의 궤도를 지구가 자전하는 속도와 같은 속도로 24시간 지구의 주위를 돌고 있다.

 

정지위성은 파킹 궤도, 트랜스퍼 궤도, 드리프트 궤도를 거쳐 정지궤도로 쏘아올린다.

 

파킹 궤도는 우선 로켓을 수직으로 쏘아 올리고 점점 자세제어를 해서 200~300Km 상공의 궤도를 지구 자전과 같은 방향으로 돌게 한다. 이 때 위성의 속도는 매초 7.9Km로 한다.

 

트랜스퍼 궤도는 이 원형궤도 상에서 위성이 적도 상공에 왔을 때 36,000Km 상공을 목표로 두번째 로켓을 발사하여 커다란 타원을 만든다. 트랜스퍼 궤도에서 정지궤도에 매우 가까운 드리프트 궤도에 위성을 갖다 놓기 위해 아포지모터라는 소형 고체 로켓을 원지점에서 점화하여 정지궤도에 진입하게 한다.

 

정지궤도 위성은 안테나를 항상 지구로 향해야 하고 위성으로부터의 원격 계측 데이터에 의해 위성의 위치, 자세를 감시하며, 태양전지 발생 전력과 소비전력 상태를 감시할 필요가 있다. 한편 위성의 자세를 규정범위 내에서 유지하기 위해서는 자세제어를 실시하여야 하는데 위성의 자세제어는 스핀 안정형 위성과 세축 안정형 위성 두 가지가 있다.

 

스핀 안정형 위성은 팽이의 원리를 이용하여 위성 본체를 회전시켜 자세안정을 취하도록 하는 것인데 통신, 방송, 기상 위성 등에 많이 실용화되고 있다.

 

세축 안정형 위성은 롤축(궤도 방향에 평행한 축), 요축(지구 방향에 평행한 축), 피치축(롤축과 요축에 직각인 축)의 세 축 주위(둘레)에 포일(Foil)을 회전시켜 팽이의 원리에 의해서 각 축의 자세를 안정시키는 것으로 대형 위성에 실용화되어 있다.