인공위성은 인간이 만든 위성, 즉 지구 등 행성 주위를 돌도록 로켓을 이용해 쏘아올린 인공 장치다. 태양계를 구성하는 천체 중 행성의 인력에 의해 그 주위를 도는 자연 천체를 위성(Satellite)이라고 한다. 인공위성은 인간이 어떤 목적을 달성하기 위해 인공적으로 만들어 주로 지구 주위를 돌도록 배치한 위성이다. 배치된 고도에 따라 정지궤도위성과 비정지궤도위성으로 나눌 수 있으며 목적과 용도에 따라 과학위성, 통신위성, 군사위성, 기상위성 등으로 분류한다.인공위성의 원리는 지면과 나란히 수평 방향으로 발사된 포탄이 형성하는 궤적의 형태로 설명할 수 있다. 발사되는 포탄의 속도를 초속 1km에서 시작해 조금씩 올라가고 포탄이 날아가는 거리는 조금씩 늘어나 이론적으로 포탄의 속도가 초속 7.9km가 되면 땅에 다시 떨어지지 않고 지구 주위를 계속 돌게 될 것이다. 그리고 만약 포탄 속도가 초속 11.2km를 넘으면 지구 중력권을 탈출하게 된다. 결국 초속 7.9km 이상, 초속 11.2km 이하의 속도를 가진 인공위성은 중력에 의해 지구 주위를 돌게 된다. 이때 비행속도가 초속 7.9㎞이면 원궤도, 그 이상이면 지구 중심을 한 초점으로 하는 타원궤도가 된다.
<인공위성의 역사> 우주에 떠 있는 물체가 일정 속도를 유지할 수 있다면 땅에 떨어지지 않고 영원히 지구 주위를 돌 수 있다는 생각은 뉴턴 시대 이후에 잘 알려진 사실이었다. 다만 그렇게 빠른 속도를 낼 수 있는 방법이 개발되지 않았다. 실제 비행이 가능한 인공위성의 시작은 제2차 세계대전에서 독일이 사용한 V2 로켓에서 시작됐다. 세계대전이 끝난 후 미국과 냉전 중이던 소련(소비에트연합, 현 러시아)에서 V2 로켓 엔진을 개량한 R7 로켓을 개발하고 이를 이용해 세계 최초의 인공위성 발사에 성공한다. 곧 소련은 두 번째 인공위성에 라이카라는 이름의 개를 탑승시킴으로써 생명체의 우주비행 가능성까지 시도하게 된다.인류가 만든 세계 최초의 인공위성은 소련(옛 소비에트 연합)에서 개발한 스푸트니크 1호로 1957년 10월 14일 발사됐다.
세계 최초 인공위성 스푸트니크 1호 (출처: NSSDC/NASA)
한국 최초의 인공위성 한국 최초의 인공위성은 한국과학기술원(KAIST) 인공위성연구센터에서 개발한 한국별 1호로 1992년 8월 11일 발사되었다(그림 참조).
국내 최초 인공위성 우리별 1호 (출처: KAIST 인공위성연구소)
한국과학기술원 인공위성연구센터가 영국 셀레이대학교와 공동으로 설계, 제작한 국내 최초의 소형 과학실험위성으로 무게 48.6kg으로 형태는 가로 35.2cm, 세로 35.6cm, 높이 67cm의 육면체로 1992년 8월 11일 중 남미 기아나의 크루 우주발사장에서 아리안4 로켓에 실려 발사됐다.
한국 최초의 인공위성, 한국 별 1호 1992년에 한국 최초의 인공위성 한국 별 1호가 발사되었고, 한국 별 1호는 영국 서레이 대학의 기술 지원을 받아 제작되었으며, 발사는 프랑스 크루 기지에서 다른 위성과 함께 보조위성으로 발사되었습니다. 무게는 약 49㎏이고 크기는 35㎝×35㎝×67㎝로 간단한 통신과 사진 촬영이 가능했다고 한다. 우리 돈으로 발사했지만 인공위성 제작은 외국의 도움을 받아야 했고 다른 나라 로켓을 이용해야 했다.
최초의 실용위성 무궁화 1호인 한국 별이 발사된 지 3년 만인 1995년 무궁화 위성이 발사됐다. 우리별 1호가 저궤도 위성인 반면 무궁화 위성은 정지궤도로 발사돼 위성방송, 위성중계, 위성통신 등 방송 서비스를 제공하도록 해줬습니다. 미국의 델타 로켓에 실려 발사됐으며 600kg급으로 한국성 1호와 비교하면 12배 이상 크다. 당시 한국의 기술 부족으로 위성체 개발은 물론 발사까지 외국의 도움으로 이뤄졌다.KT가 개발해 한국 우주 시대를 여는 첨병 역할을 한 무궁화 1호는 1995년 8월 5일 한국 시간으로 오후 8시 15분 미국 플로리다주 케이프커내버럴 우주기지에서 델타Ⅱ 로켓에 실려 발사됐다. 무궁화 1호는 동경 127.5도, 북위 36도를 중심으로 적도 상공 고도 3만6,000㎞의 정지궤도에서 직접 위성방송용 중계기 3개와 통신용 중계기 12개를 탑재하고 한반도와 연해주 일부까지를 대상지역에 직접 위성방송을 비롯해 유선방송 중계, 도서벽지통신, 고속광대역통신 서비스 등을 10년간 제공할 계획이었다.
하지만 발사 과정에서 보조로켓 하나가 뒤늦게 분리돼 목표 궤도 진입에 실패하면서 수명이 4년 4개월로 단축됐다. 이후 6년간 외국 사업자의 경사궤도 운용용으로 임대되는 등 우여곡절을 겪다 2005년 12월 10년 4개월간의 임무를 마치고 우주공간 안으로 떠났다. 이에 따라 1996년 1월 14일 발사된 무궁화 2호는 처음에는 1호 위성의 예비위성에서 주위성으로 역할이 변경됐다. 그리고 1호 위성의 실패로 2004년 발사 예정이던 3호 위성은 계획보다 5년 앞당긴 1999년 9월 5일 발사됐다. 한편, 한국 최초의 민·군 공용 통신·방송 위성인 무궁화 5호는 2006년 8월 22일에 발사되었다. 한국인의 불행 숫자 4를 피하기 위해 무궁화 3호의 다음 위성은 무궁화 4호가 아니라 무궁화 5호로 명명되었다.
우리 기술에 의한 위성발사 나로호
2009년 나로우주센터에서 발사된 KSLV-1은 진정한 우리 우주개발의 시작이라고 할 수 있다. 이어 발사되는 KSLV-2는 1.5t급으로 무궁화 위성보다 커 통신위성을 비롯해 다양한 인공위성을 개발해 이용할 수 있게 될 것으로 알려졌다. 궤도에 오르는 데는 실패했지만 우리 땅에서 우리 기술로 만든 로켓으로 인공위성을 쏘아올린 것만으로도 큰 발전.나로우주센터는 두 번의 실패를 발판으로 2013년 1월 30일 오후 4시 3차 발사에 도전했습니다. 온 국민은 물론 세계가 지켜보는 가운데 나로호는 힘차게 하늘로 날아올랐습니다. 나로호는 232초 만에 1단 엔진을 바다에 빠뜨리고 395초 만에 2단 엔진을 점화시킨 뒤 540초 만에 나로호에 탑재된 나로과학위성을 분리시켰습니다.
대한민국 최초의 우주발사체 나로호의 발사 모습이 거듭된 실패 끝에 대성공을 이룬 것입니다. 이로써 대한민국은 미국, 러시아 등 우주 선진국이 가입한 스페이스 클럽의 11번째 회원국이 되었습니다.
인공 위성 궤도
지구 주위의 정상궤도와 GPS 등 다른 인공위성 궤도 반경 비교
그림에서 인공위성 궤도 반경을 비교할 수 있다. 가로축 좌측에는 지구 중심으로부터의 거리(Radius of orbit), 우측에는 지상 고도(Heightabovesealevel)가 표시되어 있다.지구 저궤도: 지상 200~2000㎞ 사이의 궤도로 지구 대기권과 반알렌 대학(Van Allenbelt) 사이에 존재하며 허블 망원경(Hubble), 국제우주정거장(ISS, International Space Station) 등이 이 궤도에 있다. 지구 정상궤도에 안쪽에 있어 빠르게 이동하므로 공전주기가 짧다. 예를 들어 국제우주정거장의 공전주기는 약 93분이다.지구 중궤도: 지상 20,000km에서 지구 정상궤도 사이의 궤도로 GPS 궤도는 지상 20,000km에 위치하고 있다.지구 정상궤도(Geostationary Earth Orbit): 지상 35,800km에 위치하며 지구 정지궤도라고도 불린다. 공전주기는 지구 자전주기와 같은 24시간이다. 이 궤도를 도는 물체의 공전 주기가 행성이나 달의 자전 주기와 일치하는 경우에 해당한다. 일반적으로 통신위성이나 날씨위성이 지구 정상궤도에서 공전하고 있다.지구 고궤도: 지구 정상궤도 밖의 궤도에서 일반적으로 위성은 타원궤도 운동을 한다. 벨라 위성(Vela), 뉴턴 망원경(XM-Newton)과 같은 감마선, 엑스선 관측위성이 이 궤도에 위치.
한국의 인공위성 수는 10개 정도 됩니다.우리별 1호 우리별 2호 우리별 3호 과학위성 1호 과학위성 2호 나로과학위성 아리랑 1호 아리랑 2호 아리랑 3호 천리안.우리별 1호는 카이스트 최순달 교수 외 10명과 외국기업 참여 우리별 2호는 1호를 바탕으로 순수하게 국내 개발하고 국내기업 참여 나로과학위성은 과학위성 1호 2호기로 만들어져 고도 300㎞, 원지점 고도 1500㎞를 약 103분마다 한 바퀴씩 지구를 돌며 위성의 궤도 진입 확인 및 우주공간 환경 탐사를 목적으로 만들어져 우주의 방사선 우주 이온을 측정합니다.아리랑 1호는 한반도 해양자원 및 해양관측에 쓰이고 아리랑 3호는 화산폭발 재난감시에 쓰이며 천리안은 해양관측 기상관측에 쓰이며 세계 7번째로 기상관측위성 보유국.
지난 2022년 6월 국내 독자개발발사체 누리호 발사~한국형발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)에 탑재돼 궤도에 오른 성능검증위성과 지상국 간 양방향 교신이 22일 새벽 성공적으로 이뤄졌습니다.누리호 발사 성공과 위성 궤도 안착에 이어 양방향 교신을 통해 위성의 정상 작동까지 확인됨에 따라 우리나라는 실용위성의 자주발사 역량을 완벽하게 갖추게 되었습니다.과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원은 22일 오전 3시 1분께 대전항우연 지상국과 성능검증위성이 양방향 교신에 성공했다.이에 따라 한국은 처음으로 외국 발사체를 빌리지 않고 자체 개발한 위성을 발사 교신에 성공해 위성이 정상 작동을 확인했다.
국내 독자 기술로 개발된 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)가 21일 오후 전남 고흥군 나로우주센터에서 2차 발사됐습니다.이번 2차 발사는 우리나라가 자체 개발한 발사체에 실제 기능을 가진 독자개발 인공위성을 탑재해 발사하는 첫 사례. 성능검증위성은 임무 수명기간 2년간 지구태양동기궤도에서 하루에 약 14.6바퀴 궤도운동을 하도록 설계됐다. 앞으로 한 달간 초기 운영 기간을 거친 뒤 본격적인 임무를 수행한다.성능 검증 위성에는, 국내에서 개발된 우주 핵심 기술 탑재체 3종(발열 전지, 제어 모멘트 자이로, S-Band 안테나)이 탑재되어 있습니다.성능검증위성은 이들 설비가 실제 우주환경에서도 설계된 대로 성능을 잘 발휘하는지 검증할 예정이라고 합니다.
대한민국 파이팅!!!