정지궤도

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지오동기식 전달 궤도 또는 정지궤도(GTO)는 지구중심 궤도의 일종이다.지구 동기성(GSO) 또는 정지궤도(GEO)로 예정된 위성은 항상 (대부분) 최종 궤도에 도달하기 위한 중간 단계로서 GTO에 투입된다.

GTO는 매우 타원형이다.그것의 근위(지구에서 가장 가까운 지점)는 일반적으로 낮은 지구 궤도(LEO)만큼 높은 반면, 그것의 근위(지구에서 가장 먼 지점)는 정지궤도(또는 동등하게 지오동기식) 궤도만큼 높다.그것은 LEO와 GSO 사이의 Hohmann 전송 궤도를 만든다.^[1]

GSO를 목표로 하는 위성은 보통 발사 차량의 고러스트 엔진을 먼저 사용하여 발사 차량에 의해 GTO에 배치되고, 그 다음 위성은 자체 엔진(보통 매우 효율적이지만 저러스트)을 사용하여 GTO에서 GSO로 이동한다.

발사차 제조업체들은 종종 차량이 GTO에 투입할 수 있는 적재물의 양을 광고한다.^[2]

기술 설명

GTO는 고도 타원형 지구 궤도로 해발 4만2,164km(2만6,199mi)^[3] 또는 해발 3만5,786km(2만2,236mi)로 정지 고도에 해당한다.표준 지동기 전달 궤도의 기간은 약 10.5시간이다.^[4]근위기의 주장은 적도에서 또는 그 근처에서 일어나는 것과 같다.페리기는 대기 위 어느 곳이나 있을 수 있지만, 발사기 델타-V(${\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \Delta$ V$\})$ 요건을 줄이고 우주 쓰레기를 줄이기 위해 사용 후 부스터의 궤도 수명을 제한하기 위해 보통 지구 표면 위 수백 킬로미터까지 제한된다.전기 추진력 같은 저궤도 엔진을 이용해 전달 궤도에서 정지궤도로 진입할 경우 전달 궤도는 초동기(최종 지오동기궤도 위에 아포기가 있음)가 될 수 있다.그러나 이 방법은 궤도에 주입된 낮은 추력 때문에 달성하는 데 훨씬 더 오랜 시간이 걸린다.^[5][6]전형적인 발사 차량은 42,164 km 상공의 초동기 궤도에 위성을 주입한다.위성의 낮은 엔진은 정지궤도 이동 궤도를 중심으로 연속적으로 추진된다.추력 방향과 크기는 일반적으로 임무 제약을 만족시키면서 전달 시간 및/또는 지속시간을 최적화하도록 결정된다.추력의 평면 외 구성요소는 초기 전달 궤도에 의해 설정된 초기 기울기를 감소시키는 데 사용되며, 평면 내 구성요소는 동시에 페리지를 상승시키고 중간 정지궤도 이동 궤도의 어피지를 내린다.Hohmann 전달 궤도를 사용하는 경우, 지동 궤도에 도달하는 데 며칠만 있으면 된다.낮은 엔진이나 전기 추진력을 사용함으로써 위성이 최종 궤도에 도달할 때까지 수개월이 필요하다.

GTO의 궤도 경사도는 궤도면과 지구의 적도면 사이의 각도다.발사장의 위도와 발사 방위(방향)에 의해 결정된다.정지궤도를 얻으려면 기울기와 편심도를 모두 0으로 줄여야 한다.궤도의 편심만 0으로 줄이면 결과는 지동 궤도가 될 수 있지만 정지궤도가 될 수 없다.평면변경에 필요한$$ $\Delta {\displaystyle \mathrm{}}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \Delta V}$은 순간 속도에 비례하기 때문에 일반적으로 속도가 가장 낮은 apoge에서 하나의 기동으로 기울기와 편심도를 함께 변화시킨다.

궤도의 상승 또는 하강 노드에서 기울기 변화에 필요한 ${\displaystyle \Delta }$ V ${\displaystyle \Delta V}$은 다음과 같이 계산된다.^[7]

${\deltayle \Delta V=2V\sin {\frac {\Delta i}{2}.}$

반주축이 24,582km인 일반적인 GTO의 경우, 피리속도는 9.88km/s, 아포기속도는 1.64km/s로, 분명히 아포기에서는 기울기 변화가 훨씬 덜 비싸게 된다.실제로 기울기 변화는 궤도 원형화(또는 "아포기 킥") 화상과 결합되어 두 번의 기동에서 총$$ ${\displaystyle \mathrm{\Delta V}}$ ${\displaystyle \Delta V}$을(를) 감소시킨다.The combined ${\displaystyle \Delta V}$ is the vector sum of the inclination change ${\displaystyle \Delta V}$ and the circularization ${\displaystyle \Delta V}$, and as the sum of the lengths of two sides of a triangle will always exceed the remaining side's length, total ${\displaystyle \Delta V}$ in a com본드 기동은 항상 두 번의 기동보다 작을 것이다.결합된 ${\displaystyle \Delta }$ V$${\$displaystyle \Delta$ V$}$은 다음과 같이 계산할 수 있다$$.^[7]

${\displaystyle \Delta V={\sqrt {V_{t,a}^{2}+V_{\text{G.EO}^{2}-2V_{t,a}V_{\text{G.EO}}\cos \Delta i},}$

여기서 $V{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle t_{}}$, ${\$는 전송$$ 궤도와 V ${\displaystyle {\text{GEO}}_{}}$ ${\$}의 속도 크기이다.$EO}}$은(는) GEO의 속도다$$.

기타 고려사항

아포지에서도 0으로 기울어지는 성향을 줄이는 데 필요한 연료가 상당할 수 있어 적도 발사장이 높은 위도에 있는 곳보다 상당한 우위를 점할 수 있다.카자흐스탄에 있는 러시아의 바이코누르 우주 기지는 북위 46°에 있다.미국의 케네디 우주 센터는 28.5° 북쪽에 있다.중국의 원창은 19.5° 북쪽에 있다.기아나 우주센터, 유럽 아리안 및 유럽이 운영하는 러시아 소유즈 발사 시설은 북쪽 5°에 있다."무제한 중단" 해발사는 태평양의 적도에 직접 떠 있는 플랫폼에서 발사되었다.

소모성 발사대는 일반적으로 GTO에 직접 도달하지만 이미 지구 저궤도(LEO)에 있는 우주선이 궤도 방향을 따라 로켓을 발사해 속도를 높이면 GTO에 진입할 수 있다.이것은 우주왕복선에서 정지궤도 우주선이 발사되었을 때 행해졌다; 우주선에 부착된 "페리게 킥 모터"는 우주선이 그것을 방출하고 안전한 거리로 물러난 후에 점화되었다.

일부 발사체는 탑재물을 정지궤도까지 가져갈 수 있지만, 대부분은 탑재물을 GTO에 방출함으로써 임무를 종료한다.우주선과 그 운영자는 마지막 정지궤도로의 기동을 책임진다.첫 아포기까지는 5시간의 코스트가 발사체나 우주선의 배터리 수명보다 길 수 있으며, 기동은 나중에 아포기 또는 복수의 아포기 사이에서 분할하여 수행되기도 한다.우주선에서 이용할 수 있는 태양열은 발사기 분리 후의 임무를 지원한다.또한 현재 많은 발사대가 전체 비용을 줄이기 위해 각 발사마다 여러 개의 위성을 탑재하고 있으며, 이 연습은 탑재물이 서로 다른 궤도 위치로 향할 수 있을 때 임무를 단순화한다.

이러한 관행 때문에 발사기 용량은 보통 GTO에 우주선 질량으로 인용되며, 이 숫자는 GEO로 직접 전달될 수 있는 탑재량보다 높을 것이다.

예를 들어 델타 IV 헤비트의 용량(어댑터 및 우주선 질량)은 GTO에 14,200 kg 또는 정지궤도에 직접 6,750 kg이다.^[2]

GTO에서 GEO로의 기동을 단일 고체 로킷 모터와 같이 단일 임펄스로 수행하려면 적도를 건널 때와 동기 궤도 고도에서 아포기가 발생해야 한다.이는 0° 또는 180°의 근위 인수를 의미한다.근위론(perigee)의 주장은 지구의 말살로 인해 서서히 동요되기 때문에, 보통 발사 시에 편향되어 적절한 시간에 원하는 값에 도달한다(예를 들어, 이것은 보통 아리안 5호 발사에서^[8] 여섯 번째 아포게이다).Sea Launch와 같이 GTO 기울기가 0이면 적용되지 않는다. (63.4°로 기울어진 비실용 GTO에도 적용되지 않는다. Molniya 궤도 참조).

앞의 논의는 주로 LEO와 GEO 사이의 이전을 하나의 중간이전 궤도로 하는 경우에 초점을 맞추었다.더 복잡한 궤적이 때때로 사용된다.예를 들어 프로톤-M은 카자흐스탄 바이코누르 우주기지(Baikonur Cosmodrome)의 고점화 현장에서 GEO에 위성을 배치하기 위해 5개의 상단 로켓 발사가 필요한 3개의 중간 궤도를 사용한다.^[9]바로 동쪽으로 발사되는 바이코누르의 높은 위도와 사정거리 안전성 고려 때문에 아포기(및 전송궤도 기울기를 줄이는 기동)가 지오동기 고도인 35,786km보다 높은 고도에 있는 초동기 전송 궤도를 이용해 인공위성을 GEO로 전송하는 데 델타-v가 덜 필요하다.프로톤은 심지어 발사 후 최대 15시간까지 초동기적 아포기 기동을 할 것을 제안한다.^[10]

참고 항목

• 아스트로다이나믹스
• 지구 저궤도
• 궤도 목록
• 항공학

참조