궤도 이탈 금지! 인공위성을 붙드는 힘은

하이커뮤니티매니져 0 13 11.02

게티이미지뱅크 제공

인공위성은 지구와 같은 천체 주변을 돌며 특정 임무를 수행하는 물체다. 지구 주변에는 통신위성, 과학기술위성, 기상위성 등 다양한 종류의 인공위성이 존재한다. 통신위성은 지구에서 보낸 신호를 받아 다른 지역으로 전송하고 과학기술위성은 우주 공간의 현상을 관찰·분석하며, 기상위성은 지구의 기상을 감시하고 예측해 날씨 정보를 제공한다.

인공위성은 발사체(로켓)에 실려 지구 대기권 바깥의 궤도로 보내진다. 궤도는 어떤 물체가 또 다른 물체의 주변을 돌며 운동하는 경로를 뜻한다. 지구는 태양을 중심으로 365.256일 동안 한 바퀴를 도는 궤도를 따라 움직이고 인공위성도 지구나 달, 금성 등의 천체 주변을 원형 또는 타원형 궤도로 비행한다.

인공위성이 먼 우주로 튕겨 나가지 않고 궤도 안에서 계속 움직일 수 있는 것은 ‘힘의 평형’ 덕분이다. 궤도에 진입한 인공위성은 지구가 물체를 끌어당기는 중력에 의해 지구 중심 방향으로 끌리지만 동시에 회전 운동으로 생기는 원심력에 의해 바깥쪽으로 밀려난다. 이때 중력과 원심력이 평형을 이루면 인공위성은 지구로 떨어지지도, 우주로 이탈하지도 않는다. 덕분에 일정한 궤도를 유지하며 비행할 수 있다.

그러나 우주 공간에서는 태양에서 방출된 미세 입자가 인공위성에 부딪히거나, 태양이나 달의 중력이 영향을 미쳐 궤도가 어긋나는 경우도 발생한다. 이런 외부 요인으로 인해 인공위성이 궤도 밖으로 밀려날 위험이 생길 수 있다.

이를 방지하기 위해 인공위성은 연료를 탑재해 발사된다. 연료는 외부 힘에 의해 궤도가 흐트러지지 않도록 보정하거나 다른 궤도로 이동할 때 필요한 추진력을 제공한다. 덕분에 인공위성은 안정적으로 비행을 이어갈 수 있다.

인공위성이 달의 궤도를 돌 때는 연료를 계속 써야 하지만, 동결궤도에서는 자리를 그대로 유지하기 때문에 연료를 아낄 수 있다. 게티이미지뱅크 제공

● 연료 없이 비행하는 다누리, 달의 동결궤도 진입

다누리는 2022년 발사된 우리나라 최초의 달 탐사용 무인 우주선이다. 달의 궤도를 따라 비행하며 달 표면과 주변 우주 환경을 관측한다. 원래는 1년 동안 임무를 수행하도록 설계됐으나 관측 장비와 연료를 효율적으로 운용한 덕분에 임무 수명이 연장됐다. 현재 목표는 2027년 12월까지 달 표면을 추가 관측하는 것이다.

2025년 9월 24일 우주항공청은 다누리가 연료 없이도 비행할 수 있는 달의 ‘동결궤도’에 성공적으로 진입했다고 발표했다. ‘동결궤도’란 말 그대로 얼어붙은 것처럼 안정된 궤도를 뜻한다.

지구나 달은 완전한 구형이 아니라 약간 찌그러진 형태다. 달의 내부에는 밀도가 높은 현무암 등이 집중된 ‘매스콘(Mascon)’ 지역이 존재한다. 같은 부피라도 밀도가 높으면 질량이 커지고 질량이 클수록 중력이 강하게 작용한다. 매스콘처럼 질량이 큰 지역에서는 인공위성을 강하게 끌어당기고 그렇지 않은 곳에서는 상대적으로 약한 중력이 작용한다.

이처럼 달의 중력이 불균일하기 때문에 달 궤도를 도는 인공위성들은 주기적으로 자세를 바꾸거나 위치를 조정해야 한다. 이 과정에서 연료가 소모된다. 그러나 달의 궤도 중에는 들쑥날쑥한 중력들이 서로 힘의 균형을 이루는 지점이 있다.

한쪽 지역에서 인공위성을 강하게 끌어당기면 다른 지역에서는 비슷한 세기의 반대 힘이 작용해 인공위성이 안정된 위치를 유지하게 된다. 이런 힘의 평형 지점이 바로 ‘동결궤도’다.

다누리는 앞으로 동결궤도를 비행하며 태양빛이 닿지 않아 영원한 어둠 속에 있는 달의 극지방 ‘영구 음영지역’을 조사할 예정이다. 임무가 종료되면 폐기 절차를 거쳐 2028년 3월 달 표면에 충돌하며 임무를 완전히 마칠 계획이다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=74846

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7	웨스트햄	18	9	3	6	30
8	뉴캐슬	19	9	2	8	29
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