地球 動機 軌道 (Geosynchronous Orbit)는 그 週期가 地球의 自轉軸에 對한 回轉 週期, 卽 1 恒星日 과 같은 軌道이다. 軌道 週期와 地球의 回轉 週期가 一致한다는 것은 地表面의 觀測者가 地球 動機 軌道를 따라 公轉하는 物體를 觀測하고 正確히 1 恒星日 뒤에 그 地點에서 物體를 다시 觀測할 수 있다는 뜻이다. 여러 날에 거쳐 觀測하면 같은 時刻에 觀測한 物體의 位置는 8字 模樣을 그리는데, 이 模樣을 아날렘마라 한다. 아날렘마의 正確한 模樣은 軌道의 傾斜와 離心率 에 依存한다. 原形의 地球 動機 軌道는 地表面으로부터 35,786km 떨어져 있고, 모든 地球 動機 軌道는 그 長軸을 共有한다.

地球 動機 軌道의 특수한 例로는 停止 軌道 가 있다. 停止 軌道는 그 軌道面 이 地球의 赤道面과 一致하는 地球 動機 軌道이다. 停止 軌道를 따라 公轉하는 物體는 地表面의 觀測者가 恒常 같은 位置에서 觀測할 수 있다.

通信 衛星은 一般的으로 停止 軌道 또는 停止 軌道에 가까운 軌道를 따라 公轉한다. 그러면 그 衛星을 向한 안테나 가 恒常 固定되어 있어도 그 衛星을 利用하여 通信할 수 있기 때문이다.

種類 [ 編輯 ]

停止 軌道 [ 編輯 ]

停止 軌道는 地球 中心으로부터 42,164km 떨어져 있으며 軌道面이 地球의 赤道面과 一致하는 地球 動機 軌道이다. ^{[1] :156} 停止 軌道를 따라 公轉하는 衛星은 地表面으로부터 35,786km 떨어져 있게 된다. 이 軌道를 따라 公轉하는 衛星은 地表面에 對하여 恒常 같은 位置를 維持한다. 停止 軌道를 따라 公轉하는 物體를 觀測하면 그 物體는 恒常 같은 位置에 停止해 있는 것처럼 보인다. 卽, 다른 天體들과 같은 一周 運動 이 觀測되지 않는다. 이러한 軌道는 通信 衛星에 有用하다. ^[2]

完全히 安定的인 停止 軌道는 理論的으로만 可能하다. 實際로는 停止 軌道를 따라 公轉하는 衛星이라 하더라도 太陽風, 地球 重力場의 偏差, 太陽과 달의 重力 等의 影響으로 停止 軌道를 벗어날 수 있다. ^{[1] :156}

推進機의 使用 없이는 停止 軌道는 軌道 傾斜를 가지게 된다. 이 警査는 0度에서 15度 사이를 55年 週期로 振動하게 된다. 衛星의 壽命이 다하여 燃料價 枯渴되어 가면 衛星 運營者는 軌道 警査의 修正을 抛棄하고 軌道의 離心率만을 調整할 수 있다. 이렇게 하면 衛星의 燃料를 節約하여 衛星의 壽命을 延長할 수 있지만, 地表面에서 觀測했을 때 衛星이 週期的으로 南北 方向으로 움직일 것이므로 南北 方向으로 움직일 수 있는 안테나를 갖추어야만 衛星을 利用할 수 있다. ^{[1] :156}

楕圓形 또는 慶事가 있는 地球 動機 軌道 [ 編輯 ]

많은 地球 動機 軌道는 軌道 離心率과 軌道 傾斜를 가진다. 離心率은 軌道가 楕圓形이 되게 하고 地上에서 觀測하였을 때 軌道가 東西로 振動하는 것처럼 보이게 하며, 軌道 警査는 地上에서 觀測하였을 때 軌道가 南北으로 振動하는 것처럼 보이게 한다. ^{[1] :122} 楕圓 軌道 또는 慶事가 있는 軌道를 따라 公轉하는 衛星은 衛星을 操縱할 수 있는 地上의 施設에서 追跡받아야 한다. ^{[1] :122}

툰드라 軌道 [ 編輯 ]

툰드라 軌道는 러시아 에서 運用하는 楕圓形의 地球 動機 軌道로서, 이 軌道를 따라 公轉하는 衛星은 오랜 時間을 高緯度 地域에서 보내게 된다. 이 軌道의 警査는 63.4道路, 地上에서의 軌道 調整 必要性이 最小化된다. ^[3] 이 軌道가 擔當하는 地域에 持續的인 通信 서비스를 提供하기 위하여 最小限 두 대 以上의 衛星이 必要하다. ^[4] Sirius XM Satellite Radio가 이 軌道를 利用하여 美國 北部와 캐나다에 通信 서비스를 提供한다. ^[5]

Quasi-zenith orbit [ 編輯 ]

Quasi-Zenith Satellite System (QZSS)는 離心率 이 0.075이고 軌道 傾斜가 42度인 軌道를 따라 公轉하는 세 臺의 衛星으로 構成된 시스템이다. ^[6] 各 衛星은 日本 上空에서 都市 居住者들에게 通信 서비스를 提供하고 오스트레일리아 上空을 빠르게 通過한다. ^[7]

發射 [ 編輯 ]

地球 動機 軌道를 따라 公轉하는 衛星은 赤道 의 回轉 速度와 一致하도록 東쪽으로 順行 運動 하게끔 發射된다. 衛星이 發射되어 軌道의 修正 없이 가질 수 있는 最小의 軌道 警査는 發射 場所의 緯度 이므로 赤道와 가까운 곳에서 衛星을 發射하는 것은 向後 必要할 軌道 警査 水晶의 量을 制限하는 效果가 있다. ^[8] 追加的으로, 衛星을 發射하면 發射 場所의 自轉 速力만큼의 速力이 衛星에 追加的으로 붙으므로 赤道와 가까운 곳에서 衛星을 發射하면 衛星이 더 큰 追加 速力을 가지고 軌道에 進入하게 된다. 發射 場所는 東쪽에 水面 또는 沙漠 이 있어 失敗한 발사체가 住居 地域에 떨어지지 않게 해야 한다. ^[9]

大部分의 發射體는 地球 動機 軌道를 따라 空轉할 衛星을 停止 천이 軌道 에 直接的으로 올려놓는다. 停止 천이 軌道는 그 遠地點은 地球 動機 軌道의 높이에 있고 近地點은 낮은 軌道이다. 以後 衛星의 推進力을 利用하여 近地點을 상승시켜 軌道를 圓에 가깝게 하여 地球 動機 軌道에 이른다. ^{[8] [10]}

어떤 停止 軌道를 따라 公轉하는 物體도 그 軌道의 長軸의 길이를 바꾸어 公轉 週期를 1 恒星日보다 짧거나 길게 하여 東쪽 또는 西쪽으로의 移動과 같은 效果를 얻고 願하는 經度에 다다르면 다시 그 公轉 週期를 1 항성日로 맞출 수 있다.

Proposed orbits [ 編輯 ]

Statite [ 編輯 ]

Statite는 太陽 돛을 利用하여 太陽風 을 그 推進力으로 使用하는 假想의 衛星이다. ^[11] 이 衛星은 地球의 太陽 反對便 區域 中 緯度 30度 程度의 地域에 있다. 이 衛星은 每日 같은 時刻에 地表面의 觀測者가 觀測할 때에 같은 地點에 있게 되므로 地球 動機 軌道를 따라 公轉하는 衛星과 비슷하게 作用한다. ^{[11] [12]}

宇宙 엘리베이터 [ 編輯 ]

宇宙 엘리베이터는 地球 動機 軌道의 發展된 形態이다. 한쪽 끝이 地球에 固定되면 停止 軌道의 高度 아래에 있는 엘리베이터의 部分은 重力 萬 作用할 때보다 짧은 公轉 週期를 가지게 된다. ^[13]

壽命을 다한 衛星 [ 編輯 ]

地球 動機 軌道를 따라 公轉하는 衛星은 그 位置를 維持하기 위하여 어느 程度의 軌道 修正이 必要하다. 燃料가 떨어지고 더 以上 쓸모없게 된 衛星은 地球 動機 軌道보다 더 높은 graveyard orbit로 보내진다. 地球 動機 軌道를 따라 公轉하던 衛星을 아예 地球의 重力場 밖으로 보내버리는 것은 經濟的이지 못하다. ^[14] 衛星의 使用 終了 節次에 對한 規制는 漸漸 强化되고 있으며 衛星은 壽命을 다할 때에 地球 動機 軌道보다 200km 以上 더 높아질 수 있어야 한다. ^[15]

宇宙 쓰레기 [ 編輯 ]

地球 動機 軌道를 따라 公轉하는 大部分의 物體는 같은 軌道面을 共有하므로 地球 低軌道에 있는 宇宙 쓰레기보다 衝突 速力이 느리다. 하지만 楕圓 軌道를 따라 公轉하는 衛星들은 衝突 速力이 秒速 4km 程度까지 되게 할 수 있다. 衝突이 일어날 可能性이 작긴 하지만 地球 動機 軌道에 있는 衛星이 모든 破片을 避할 수는 없다. ^[16] 지름이 10cm 以下인 破片은 地球에서 觀測할 수 없어서 그 危險을 評價하기가 어렵다. ^[17]

危險을 줄이기 爲한 努力에도 不拘하고 1993年 8月 11日에 유럽宇宙局 通信 衛星 Olympus-1이 小行星 과 衝突하여 graveyard orbit로 옮겨졌다. ^[18] 또한, 2006年에는 러시아의 通信 衛星 Express-AM11이 未詳의 物體와 衝突하여 graveyard orbit로 옮겨졌다. ^[19] 2017年에는 AMC-9와 Telekom-1이 未詳의 原因에 依하여 分解되었다. ^{[20] [17] [21]}

特性 [ 編輯 ]

地球 動機 軌道는 다음과 같은 特徵을 지닌다.

• 周忌: 1436分 (1 恒星日)
• 長半徑: 42,164 km

周忌 [ 編輯 ]

모든 地球 動機 軌道는 正確히 1 恒星日의 週期를 가진다. ^[22] 이는 地球 動機 軌道를 따라 公轉하는 衛星은 다른 軌道 要素와 相關없이 地表面의 똑같은 地點 위로 매 恒星日마다 돌아온다는 것이다. ^{[23] [1] :121} 이 軌道의 주기 T는 다음의 公式에 依하여 軌道의 長半徑에 依存한다.

${\displaystyle T=2\pi {\sqrt {a^{3} \over \mu }}}$

이때

a 는 軌道의 長半徑

${\displaystyle \mu }$는 天體의 標準 重力 變數이다. ^{[1] :137}

軌道 警査 [ 編輯 ]

地球 動機 軌道는 어떤 警査이든 가질 수 있다. 地球 動機 軌道를 따라 公轉하는 衛星은 一般的으로 0度의 軌道 傾斜를 가진다. 이는 그 軌道가 恒常 赤道 上空에 있어 地表面의 觀察者 立場에서 衛星의 經度가 恒常 같음을 意味한다. ^{[1] :122}

다른 흔히 알려진 地球 動機 軌道의 軌道 警査는 툰드라 軌道의 63.4度이다. 이 傾斜를 가지는 地球 動機 軌道의 近點 偏角 은 變하지 않는다. ^[3]

Ground track [ 編輯 ]

特殊한 停止 軌道에 있어서는 그 軌道를 따라 公轉하는 衛星의 Ground track이 赤道上의 한 點이다. 軌道 傾斜 또는 離心率 이 0이 아닌 一般的인 停止 軌道를 따라 公轉하는 衛星의 Ground track은 8字 模樣이며, 매 恒星日마다 제자리로 돌아온다. ^{[1] :122}

各州 [ 編輯 ]