인공 위성 로켓 발사 원리와 종류 최근 인공 위성과 우주 로켓 발사 같은 우주 항공 기술이 발달하면서 우리 생활에서 중요한 요소의 하나로 작용하고 있다.또 인공 위성을 통해서 날씨 변화와 군사 기지 등의 군사적으로도 중요한 요소가 됐지만 뒤 인생에서 중요한 인공 위성에 대해서 잘 모르는 것 같아 인공 위성의 작용 원리와 제1우주 속도, 제2우주 속도, 제3우주 속도, 그리고 인공 위성이 도는 궤도를 요구하는 것에 대해서 알아보려고 탐구 주제로 선택하게 됐다.-인공 위성 종류의 인공 위성은 로켓을 사용하고 대기권 밖으로 발사되며, 천체의 주위의 엔화 또는 타원 궤도를 위성처럼 돌인공 물체이다.인공 위성은 비행하는 궤도 고도에 의해서 정지 위성과 이동 위성으로 구분되는데 정지 궤도 위성을 중심으로 정지 궤도 위성보다 낮은 궤도에서 지구 주위를 비행하는 인공 위성과 높은 궤도에서 지구 주위를 비행하는 인공 위성이 있다.정지 궤도 위성은 적도 상공 약 36,000km의 정지 궤도를 비행하는 위성인 정지 궤도 이외의 궤도를 비행하는 것은 이동 위성이다.이동 위성은 대부분이 정지 궤도 위성보다 낮은 궤도를 비행하는 저궤도 위성이지만, 우주 탐사 위성처럼 정지 궤도 위성보다 높은 궤도를 비행하는 것도 있고 남북 방향으로 이동하는 극 궤도 위성도 존재한다.인공 위성은 용도에 의해서 통신 방송 기상 해양 관측 등의 용도로 이용되는 “실용 위성”와 특수 과학 관측 및 연구용”과학 위성”첩보 등”군사 위성”등으로 분류된다.그러나 요즘은 탑재 장치의 소형, 경량화와 동시에 여러 종류의 관측 데이터를 지구로 보낼 수 있는 전송 기술의 발달로 분류가 불명이 되는 경향이다.실용 위성은 대륙 간 또는 대륙과 해양 간 통신을 중계한다”통신 위성”이 대표적이다.통신 위성은 국가 간 또는 자국 내의 전화, 팩스 전송, 화상 회의, 텔렉스 데이터 통신 등의 서비스에 이용되고 있다.통신 위성은 통상 방송 서비스도 함께 제공한다.”방송 위성”은 지상국에서 수신한 방송 신호를 각 가정에서 직접 수신할 수 있도록 하는 위성 방송에 이용된다.”기상 위성”는 카메라를 통해서 지구 궤도상에서 지구 표면의 구름의 분포, 기압 배치 등을 관측하고 광역 기상 데이터를 공급한다.”지구 관측 위성”은 기상 위성에서 발전한 것으로 지구 표면에서 반사 또는 복사 스펙트럼을 관측하는 위성이다.과학 위성은 태양계를 연구하거나 우주 공간을 조사하기 위한 것이다.군사 위성 또는 정찰 위성은 핵 시설과 미사일 발사 기지 등 군사 시설을 정찰하기 때문에 낮은 고도에서 목적지 상공을 선회하면서 사진을 촬영하고 데이터를 전송한다.사진 정찰 외에 적외선 탐지, 전자 정찰, 군사 통신, 기상 관측 등도 가능하다.-인공 위성의 원리, 인공 위성은 정해진 궤도를 멈추지 않고 돌아간다.그 이유는 무엇일까?간단히 말하면 높은 산에 올라가서 돌을 던지면 곧 땅에 떨어지게 된다.그러나 좀 더 빨리 던지면 물체는 더 멀리 가서 떨어지게 된다 어느 정도 이상의 속력이 붙게 되면 물체는 지구에 떨어지지 않고 지구 주위를 도는 것이다.이것이 인공 위성이 지구의 특정 궤도를 멈추지 않고 돌다 계속되는 이유다.이때 지구와 인공 위성 사이에 작용하는 인력이 구심력이 된다.구체적으로 말하면 지구의 중력 위치 에너지와 로켓의 추진력이 똑같이 되면 떨어지지 않고 지구 주위를 돌 수 있지만 이것이 바로 인공 위성의 원리이다.이 원리의 예로서 물이 가득한 통을 빨리 쓸 때 물이 떨어지지 않는 게 인공 위성이 지구의 중력 위치 에너지와 로켓의 추진력이 똑같이 되면 떨어지지 않고 지구 주위를 도는 것과 같은 이유이다.인공 위성은 초속 7.9km~11.2km사이에 지구 주위를 비행한다.로켓과 인공 위성이 지구 중력을 이기고 우주로 나가서는 초속 7.9km~11.2km의 때에 지구 밖 우주에 나갈 수 있다.초속 7.9km~11.2km가 지구 중력 위치 에너지와 로켓의 추진력이 같은 속도이다.그러나 지구의 초속 7.9㎞이하로 비행할 경우 인공 위성은 엔화보다 작은 모양의 타원으로 돌면서 구심력이 원심력보다 작게 잡히며 인공 위성은 결국 지구로 추락하게 된다.7.9㎞의 때는 원의 형태로 궤도를 돌면서 7.9킬로보다 크게 때는 엔화보다 큰 타원에 돌면서 구심력과 윈심력이 같아 잡히거나 탈출하지 않고 지구의 주위를 돌게 된다.한편 초속 11.2킬로 이상으로 비행할 경우 원심력이 구심력보다 크고 인공 위성은 지구에서 탈출하고 태양의 주위를 도는 인공 행성이다.인공 위성의 최저 속도인 7.9km를 ” 제1우주 속도” 하지만, 제1우주 속도는 지구의 표면을 스치게 돌아가인공 위성의 속도, 즉 7.9km을 말한다.그리고 지구의 궤도를 이탈 속도인 11.2km는 제2우주 속도라고 한다.또한 제3우주 속도는 태양계 이탈 속도로 16.7㎞다.제1우주 속도, 제2우주 속도, 그리고 제3우주 속도를 요구하는 위에서 말한 제1우주 속도와 제2우주 속도를 구하는 식을 설명하면 우선 제1우주 속도는 F=mv2÷2=GMm÷r 2=mg이다.(m은 질량에서 G는 중력 상수)이 식에서 v=√ r=√ rg가 되어 속도는 7.9km/s가 나오는 것과 비례식을 이용하려(S=1초 당의 낙하 거리(4.9 m), X=물체의 수평 진행 거리, R=지구 반경)여기서 X와 2R-S, S와 X가 비슷해서 X:2R-S=S:X(지구 반경 6400 km)이라는 비례식이 성립된다.그러므로 S(2R-S)=X²을 대입하면 4.9(12800000-4.9)=X²을 계산하면 √ 62719975.99여서 약 7.919km/s가 나오는 2우주 속도는 지구의 중력장에서 무한히 멀리 가는데 필요한 최소 속도이다.운동 에너지와 위치 에너지가 함께 0이어야 하므로 mv2÷2-GMm/R=0에서 v=√ 2GM÷r=√ 2 rg으로 제1우주 속도의 루트 2배인 약 11.2 km/s이다.제3우주 속도는 지구 공전 속도의 약 √ 2배가 되는 초속 42km에서 지구 공전 속도의 30km를 뺀 값이다.지구에서 지구의 공전 방향으로 초속 16.7킬로미터 이상으로 물체를 발사하면 물체는 태양 중력 영향권을 벗어나쌍곡선 궤도 운동을 한다.-인공 위성이 날아가는 궤도를 요구하는 정지 궤도 위성은 지구의 자전 주기와 마찬가지로, 지표면에서 보면 위성이 상공의 한 지점에 정지하고 있는 것처럼 보이는 위성이다.만유 인력 법칙과 구심력을 사용하면 정지 궤도 위성이 지구에서 얼마나 높이로 비행하고 있는지 알 수 있다.여기에서 만유 인력의 법칙은 뉴턴이 달의 운동과 케플러의 법칙을 결합, 달과 지구 사이에 작용하는 힘은 달과 지구 질량의 곱에 비례했고, 거리의 제곱에 반비례하는 것을 알게 된 것으로 F=GMm÷(r×r)라는식이 성립하는 만유 인력의 법칙은 GMm÷r 2에서 정지 궤도 위성의 구심력은 m×v 2÷r이다.여기서 G는 중력 상수, r=Re+h(Re는 지구 반경, h는 지표면에서 위성까지의 거리)에서 지구 중심에서 정지 궤도 위성까지의 거리, M은 지구 질량, m은 인공 위성의 질량, v는 정지 궤도 위성의 속도이다.정지 궤도 위성의 경우 인력과 구심력이 같아서식을 정리하면 GmM÷r=v2(1차례식》다음으로 정지 궤도 위성의 주기T는 24시간 또는 86,400초와 이미 알고 있으므로 속도도 알 수 있다.정지 궤도 위성의 속력은 v=2∏ r÷T《2차례식》2차례식을 1차례식에 대입하면 r는 다음과 같다.(G=6.67×10-11 N·m2/kg2, M=5.9742×1024kg, T=86,400초)r=Re+h이기 때문에 위에서 구한 r에서 지구 반경을 빼면 정지 궤도 위성의 높이 h를 요구할 수 있다.상기식에서 구한 정지 궤도 위성의 높이는 약 36,000 km이며, 실제 정지 궤도 위성의 궤도와 일치한다.이동 위성의 궤도도 이런 방법으로 요구할 수 있다.-탐구의 결과를 말하면 지구의 중력 위치 에너지와 로켓의 추진력이 똑같이 되면 떨어지지 않고 지구 주위를 돌.로켓과 인공 위성이 지구 중력을 이기고 우주로 나가서는 초속 7.9km~11.2km의 때에 지구 밖 우주에 나갈 수 있다.초속 7.9km~11.2km가 지구 중력 위치 에너지와 로켓의 추진력이 같은 속도이다.지구의 초속 7.9㎞이하로 비행할 경우 인공 위성은 엔화보다 작은 모양의 타원으로 돌면서 구심력이 원심력보다 작게 잡히며 인공 위성은 결국 지구로 추락하게 된다.7.9㎞의 때는 원의 형태로 궤도를 돌면서 7.9킬로보다 크게 때는 엔화보다 큰 타원에 돌면서 구심력과 윈심력이 같아 잡히거나 탈출하지 않고 지구의 주위를 돌게 된다.한편 초속 11.2킬로 이상으로 비행할 경우 원심력이 구심력보다 크고 인공 위성은 지구에서 탈출하고 태양의 주위를 도는 인공 행성이다.제1우주 속도는 F=mv2÷2=GMm÷r 2=mg이다.이 식에서 v=√ GM÷r=√ rg가 되어 속도는 7.9km/s가 나오고 제2우주 속도는 지구 중력장에서 무한히 멀리 가는 데 필요한 최소 속도이다.운동 에너지와 위치 에너지가 함께 0이어야 하므로 mv2÷2-GMm/R=0에서 v=√ 2GM÷r=√ 2 rg으로 제1우주 속도의 루트 2배인 약 11.2 km/s이다.제3우주 속도는 지구 공전 속도의 약 √ 2배가 되는 초속 42km에서 지구 공전 속도의 30km를 뺀 값이다.인공 위성이 날고 있는 높이를 구하러 만유 인력 법칙과 구심력을 사용해서 요구할 수 있습니다이렇게 나온다.r=Re+h이기 때문에 위에서 구한 r에서 지구 반경을 빼면 정지 궤도 위성의 높이 h를 요구할 수 있다.인공 위성이 내 주변에서 중요하게 쓰이는 것을 알고 있으나 어떤 원리나 어떤 속도이어야 지구 주위를 돌 수 있는지는 몰랐지만 이번 기회를 통해서 알 수 있는 시간이 되었다.그러나 만유 인력의 법칙과 구심력은 잘 몰라서 이해하기 어려운 것도 있었지만, 제1우주 속도처럼 처음 접하는 개념도 알 수 있어 나름대로 인공 위성의 원리에 대해서 알게 되면서 좋았던 것 같다.그리고 주제 탐구를 하면서 계속 생각하는 것이지만, 로켓이 지구를 나오고 우주를 7.9km~11.2km의 속도로 운동할 때 지구 주위를 도는 것이 있다는 뜻을 이룬 것이 대단하다.참고 문헌https://m.terms.naver.com/entry.nhn?docId=1529005&cid=47340&categoryId=47340 https://m.terms.naver.com/entry.nhn?docId=1136020&cid=40942&categoryId=32363 https://m.blog.naver.com/karipr/221523014981 https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=karipr&logNo=221531278522&isFromSearchAddView=true https://m.blog.naver.com/jamogenius/221203372749https://m.terms.naver.com/entry.nhn?docId=941130&cid=47338&categoryId=47338https://m.kin.naver.com/mobile/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=1114&docId=63764170&qb=7KCcMeyasOyjvCDsho3rj4Q=&enc=utf8§ion=kin&rank=2&search_sort=0&spq=0
