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인공위성은 어떻게 움직이고 있나요?

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.최초의 국제 우주 정거장 ISS는 하루에 8번 해가 뜨고 해가 집니다. 지구의 자전속도는 1674km/h 정도 됩니다.지구의 반지름이 6400km이기 때문에, 원주를 구한 후 하루 24시간으로 나눠 보면 알겁니다. ISS는 지구의 자전 속도의 8배가 빠르다는 얘기지요.국제 우주 정거장의 속도는 13392 km/h 로,초속 3720 m/s 이며, 이 속도는 마하 10 정도 됩니다. 질문자님이 말씀하신 국제 우주 정거장 ISS는 아마도 차세대 국제 우주 정거장인거 같군요.시속 27700 km/h 라면, 마하 22.6 정도 되는군요. 인터넷에 보니까 마하 18로 대한민국 상공을 지나가는 ISS를 천문대에서 촬영한 사진도 있던데요. 자, 이제 부터 답변 드릴게요.인공위성에도 분사 추진체가 있습니다.고체나 액체 상태로 만든 산소와 수소를 각각 탱크에 담아 놓고, 우주에서국제 우주 정거장을 조립을 하게 되죠.조립이 끝나게 되면, 지구 주위를 뱅글뱅글 돌아 줍니다.국제 우주 정거장의 고도는 대략 3만 km 정도되며,이 고도에서는 공기가 거의 없어 마찰이 아주 작거나 없습니다.지구 인력에 의해 고도가 낮아지면 분사체로 추진하여 가속해 주고,가속하여 고도가 높아 지면 분사체를 꺼주면서 궤도를 수정해 나갑니다.일단, 가속된 ISS는 속도가 줄지는 않습니다.따라서 계속 추진해 주게 되면, 계속 추진력을 얻게 되는데,한번 가속을 얻은 위성은 더 큰 가속력을 주어야 더 큰 속도로 이동할 수 있습니다.즉, 마하 10까지 추진력을 얻었다면, 마하 10정도의 추진력을 더 해 주어서는속도가 더 이상 빨라지지 않고, 계속 마하 10만 유지하게 됩니다. 바로 관성때문이죠.현재 인류가 동원할 수 있는 최대 순간 가속력이 마하 22정도라고 들었습니다.최대 순간 가속력 한번만 내어 주게 되면, 그 이후에는고도만 맞춰 주고, 지구 중력과 원심력이 평형을 이루어주는궤도에서 더 이상의 가속력 없이 궤도를 유지 할 수 있습니다.다만, 상공 3만 키로라 해도 거의 진공상태이긴 하지만,소수의 공기분자들이 존재 하기 때문에, 한달 이상 운영하게 되면,마찰로 인해 고도가 좀 낮아 지는데, 이럴때, 가끔씩 궤도 수정을 해 줍니다. 위성이 지구 주변을 계속 돌 수 있는 이유는중력과, 원심력이 같은 지점(고도)를 위에 설명 드린대로 찾아 가는 겁니다.그렇게 되면 그 안에 있는 사람은중력과 원심력이 평형을 이루기 때문에 완전 무중력 상태를 느끼게 됩니다.물론, 서서히 가속해 주는 것이므로, 가속할때마다 그 안에서는 가속력을 느끼게 되지만,가속력이 끝나면, 관성때문에 움직이고 있는것을 못 느끼게 됩니다.버스가 출발할때만 가속을 느끼는거랑 같은거죠.출발 후에 등속운동을 하게 되면, 관성 때문에 느낄 수가 없습니다.다만, 무중력 상태이므로, 모든게 둥둥 떠 다니죠.변을 볼때도, 화장실에서 벨트를 메고 볼일을 본다고 합니다. 말씀하신대로, 원운동에서 중력과 수직되는 방향으로 힘을 주게 되면대각선 방향으로 힘을 얻게 되지만, 계속해서 서로의 힘이 유지 된다면,대각,대각,대각-> 결국은 원운동을 하게 되죠.

학문 / 지구과학·천문우주

23.05.21

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