위성은 어떻게 지구 주위를 공전하나요?

위성은 어느 정도 “신비한” 물체입니다. 그들은 우주를 여행하는데, 우리 대부분은 그곳에 가본 적이 없기 때문에 이국적인 장소처럼 느껴집니다. 그들은 너무 멀리 떨어져 있어서 우리가 볼 수 없습니다. 일반적으로 수백만 달러 또는 수십억 달러의 비용이 들기 때문에 우리 중 누구도 개인적으로 소유하지 않을 것입니다. 등등…

궤도 역학은 우리가 개인적으로 궤도 역학을 경험할 수 있는 쉬운 방법이 없기 때문에 신비스러울 수도 있습니다. 그러나 약간의 상상력만 있으면 궤도 역학의 기본 개념을 매우 쉽게 이해할 수 있습니다. 우리는 항상 궤도 역학을 가지고 논다는 것이 밝혀졌습니다!

공을 던지면 어떤 일이 일어나는지 생각해 보세요. 당신이 큰 들판에 서서 투수처럼 야구공을 있는 힘껏 던지는 것을 상상해 보십시오. 공은 100미터(30피트) 날아간 다음 땅에 떨어질 수 있습니다. 공을 궤도에 올려 놓았습니다. 단지 공의 궤도가 매우 짧을 뿐입니다!

이제 공을 던지는 대신 소총을 똑바로 수평으로 쏜다고 상상해 보십시오. 총알은 1.6마일(XNUMXkm)을 이동한 후 중력에 굴복하여 땅에 떨어질 수 있습니다.

이제 포탄에 매우 높은 초기 속도를 제공할 수 있는 매우 큰 대포를 발사한다고 상상해 보십시오. 또한 언덕에 대한 걱정을 없애기 위해 세상이 완전히 물로 덮여 있고 대포가 똑바로 수평으로 발사된다고 상상해보십시오. 해당 경로는 오른쪽 이미지와 같을 수 있습니다.

이 다이어그램에서는 껍질이 땅에 닿기 전 일정 시간 동안 실제로 지구의 곡선을 따라갈 만큼 충분히 멀리 이동하는 것을 볼 수 있습니다.

이러한 예를 방해하는 것 중 하나는 공기 저항입니다. 따라서 이 대포를 달로 가져가 가장 높은 산 꼭대기에 장착했다고 상상해 보십시오. 달에는 대기가 없으며 완전히 진공 상태의 우주에 둘러싸여 있습니다. 포탄의 속도를 적절하게 조정하고 대포를 쏘면 포탄이 달의 곡선을 완벽하게 따라갈 것입니다. 그것은 달의 곡선이 그것으로부터 멀어지는 것과 똑같은 속도로 떨어질 것이기 때문에 결코 땅에 닿지 않을 것입니다. 결국 그것은 달 주위를 쭉 휘어져 대포 뒤쪽으로 들이받게 될 것입니다! 달에서는 실제로 산을 피하기 위해 지상에서 1~2마일 떨어진 매우 낮은 궤도에 위성을 가질 수 있습니다. 그리고 위성은 대포에서 발사될 수도 있습니다.

지구상에서는 위성이 일정 시간 동안 궤도를 돌려면 대기권 위로, 우주의 진공 속으로 올라와야 하기 때문에 쉽지 않습니다. 200km(320마일) 정도는 대기 간섭을 피하기 위한 최소 수준입니다. 허블 우주 망원경은 약 380km 고도에서 궤도를 돌고 있습니다. 그러나 원리는 똑같습니다. 위성의 속도는 지구의 곡선이 위성에서 멀어지는 것과 동일한 속도로 지구에 떨어지도록 조정됩니다. 위성은 끊임없이 떨어지고 있지만 결코 땅에 닿지는 않습니다!