인공위성의 원리와 종류, 지구 궤도를 도는 기술

인공위성은 어떻게 떨어지지 않고 지구를 돌까

하늘 위에는 수천 개의 인공위성이 쉬지 않고 지구 주위를 돌고 있습니다. 통신, 기상 관측, 위치 확인까지 우리 일상 곳곳에 활용되는 인공위성이 어떤 원리로 궤도를 유지하고, 어떤 종류로 나뉘는지 정리해 보겠습니다.

1. 인공위성이 떨어지지 않는 이유

인공위성은 지구 중력에 끌리면서도 동시에 매우 빠른 속도로 수평 이동을 하고 있습니다. 이 두 힘이 균형을 이루면서 위성은 지구로 떨어지는 대신 계속해서 지구 주위를 도는 상태를 유지하게 됩니다. 쉽게 말해 끊임없이 떨어지고 있지만 지구가 둥글기 때문에 계속 빗나가는 셈입니다.
이 균형을 맞추기 위해서는 궤도 고도에 맞는 정확한 속도가 필요한데, 고도가 낮을수록 더 빠른 속도로 돌아야 궤도를 유지할 수 있습니다.

2. 저궤도 위성

지표면에서 약 2,000킬로미터 이하 고도를 도는 위성을 저궤도 위성이라고 합니다. 지구와 가까운 만큼 통신 지연이 적고 해상도 높은 관측이 가능해서, 지구 관측 위성이나 최근 늘어난 위성 인터넷 서비스에 많이 활용됩니다.
다만 고도가 낮아 지구를 도는 속도가 빨라서 하루에도 여러 차례 지구를 공전하며, 하나의 지점을 계속 관측하려면 여러 대의 위성을 무리 지어 운용해야 합니다.

3. 정지궤도 위성

적도 상공 약 36,000킬로미터 고도에서 지구 자전 속도와 똑같이 도는 위성을 정지궤도 위성이라고 합니다. 지구에서 보면 항상 하늘의 같은 위치에 떠 있는 것처럼 보이기 때문에, 방송 중계나 기상 관측처럼 한 지역을 지속적으로 담당해야 하는 임무에 적합합니다.
다만 고도가 매우 높은 만큼 신호가 오가는 데 시간이 걸리고, 발사에도 더 많은 연료가 필요하다는 특징이 있습니다.

4. 그 밖의 인공위성 종류

이 외에도 극지방을 지나며 지구 전체를 촘촘히 훑는 극궤도 위성, 위치 정보를 제공하는 항법위성, 우주에서 다른 천체를 관측하는 과학위성 등 목적에 따라 다양한 종류로 나뉩니다.
각 위성은 임무에 맞춰 궤도와 장비가 세밀하게 설계되며, 이런 다양한 위성들이 함께 작동하면서 오늘날 우리가 당연하게 누리는 내비게이션, 일기예보, 위성방송 같은 서비스가 가능해지고 있습니다.