인공위성은 어떻게 지구를 돌면서 수평방향으로 비행을 할수 있나요?
안녕하세요? 인공위성이 되어 지구를 돌려면 수평방향으로 비행속도가 초속 7.8km는 되어야 한다고 하는데요~ 이런속도로 지구를 비행하면 90분에서 100분이면 1바퀴 돌수있다고 하는데~ 그러면 인공위성은 어떻게 지구를 돌면서 수평방향으로 비행을 할수 있는건가요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.
인공위성이 지구 주변을 지속적으로 돌기 위해서는 수평으로 이동을 하면서 지구의 중력과 원심력이 균형을 이뤄야 합니다. 필요에 따라 인공위성 자체가 엔진으로 추진력을 가질 수 있겠고, 적당한 위치한다면 다른 요인이 없다면 균형을 이룬상태로 유지할 수 있겠습니다.
1명 평가안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
인공위성이 궤도에 있을 때, 지구의 중력은 계속해서 위성을 지구 중심으로 끌어당기고 있습니다. 만약 인공위성이 아무런 속도 없이 지구 주변에 머물러 있다면, 중력에 의해 지구로 떨어질 것입니다. 그러나 인공위성은 일정한 속도로 수평 방향(지구 표면에 평행한 방향)으로 움직이고 있습니다. 초속 7.8km라는 속도는 위성이 지구를 안정적으로 돌 수 있는 최소한의 궤도 속도입니다. 이 속도에서 위성은 계속해서 지구의 중력에 의해 끌려 내려가려고 하지만, 동시에 수평 방향으로 매우 빠르게 이동하고 있어 지구를 계속해서 비껴가는 모양이 됩니다. 인공위성이 수평으로 빠르게 움직이면서도 지구로 떨어지지 않는 이유는 원심력과 중력의 균형에 의해 설명됩니다. 인공위성이 지구 주변을 돌 때, 지구의 중력은 위성을 지구 쪽으로 끌어당기는 힘을 제공하고 있습니다. 반면, 인공위성이 매우 빠른 속도로 수평으로 움직이면서 생기는 원심력은 지구로부터 멀어지려는 힘을 제공합니다. 이때 원심력과 중력이 완벽하게 균형을 이루면, 위성은 지구를 일정한 궤도로 계속해서 돌 수 있게 됩니다. 즉, 지구의 중력이 위성을 끌어당기지만, 위성의 빠른 수평 속도가 그 힘을 상쇄시켜, 위성이 궤도에서 안정적으로 유지됩니다. 위성이 수평 방향으로 비행하면서 지구를 도는 이유는, 지구의 곡면을 따라 움직이고 있기 때문입니다. 위성이 수평으로 빠르게 움직이면서, 지구의 곡면이 계속해서 아래로 휘어지므로 위성은 지구에 떨어지지 않고 계속해서 회전 궤도를 유지합니다. 위성이 이동하는 경로는 실제로는 직선이지만, 지구의 곡면이 아래로 휘어지기 때문에 위성이 지구 표면을 따라 돌게 되는 것입니다. 이는 고속으로 던진 물체가 계속해서 떨어지는 듯 보이지만, 그 곡면을 따라 움직이며 궤도를 도는 것과 비슷한 원리입니다. 인공위성이 지구 궤도에서 안정적으로 유지되기 위해서는 일정한 속도가 필요합니다. 저궤도의 경우 초속 약 7.8km, 정지궤도는 초속 약 3.07km 정도의 속도가 필요합니다.