위성.

Satellite
Two 3U CubeSats
ISS 키보 모듈의 소형 위성 궤도 전개기에서 배치된 후 지구 주위를 도는 두 개의 큐브위성

위성 또는 인공 위성[a] 의도적으로 천체 주위의 궤도에 배치된 물체입니다.위성은 통신 중계, 일기 예보, 네비게이션(GPS), 방송, 과학 연구, 지구 관측 등 다양한 용도로 사용되고 있습니다.추가적인 군사적 용도로는 정찰, 조기 경보, 신호 정보, 그리고 잠재적으로 무기 전달 등이 있습니다.다른 위성들은 위성들을 궤도에 올려놓는 마지막 로켓 단계들과 나중에 사라진 이전의 유용한 위성들을 포함합니다.

수동 위성을 제외한 대부분의 위성에는 태양 전지판이나 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)와 같은 장비를 위한 전기 발전 시스템이 있습니다.대부분의 위성은 트랜스폰더라고 불리는 지상국과의 통신 방법도 가지고 있습니다.많은 위성들이 비용과 작업을 절약하기 위해 표준화된 버스를 사용하는데, 그 중 가장 인기 있는 것은 작은 큐브위성입니다.비슷한 위성들이 무리를 이루어 별자리를 형성할 수 있습니다.우주로의 높은 발사 비용 때문에, 위성들은 가능한 한 가볍고 견고하게 설계되었습니다.대부분의 통신 위성은 궤도에 있는 무선 중계국이며 각각 수십 메가헤르츠의 대역폭을 가진 수십 개의 트랜스폰더를 운반합니다.

인공위성은 대기의한 궤도 붕괴를 피할 수 있을 정도로 충분히 높은 발사체에 의해 표면에서 궤도로 배치됩니다.인공위성은 추진력에 의해 궤도를 변경하거나 유지할 수 있습니다. 보통 화학 또는 이온 추진기에 의해 말이죠.2018년 현재 지구 궤도를 도는 위성의 약 90%가 지구 저궤도 또는 정지궤도있습니다. 정지궤도란 위성이 하늘에 가만히 있는 것을 의미합니다.일부 영상위성은 태양동기궤도를 선택했는데, 이는 비슷한 조명으로 지구 전체를 촬영할 수 있기 때문입니다.지구 주변에 위성과 우주 파편의 수가 증가함에 따라, 충돌의 위협은 더욱 심각해졌습니다.소수의 위성들은 , 화성, 태양과 같은 다른 물체들 또는 많은 물체들을 한 번에 공전합니다.

지구관측위성정찰, 지도제작, 기상, 해양, 숲 의 정보를 수집합니다.우주 망원경은 우주 공간의 거의 완벽한 진공상태를 이용하여 전체 전자기 스펙트럼으로 물체를 관찰합니다.위성은 지구의 많은 부분을 한 번에 볼 수 있기 때문에 통신 위성은 먼 곳에 정보를 전달할 수 있습니다.위성으로부터의 신호 지연과 궤도의 예측 가능성은 GPS와 같은 위성 항법 시스템에 사용됩니다. 우주 탐사선은 지구 밖에서 로봇 우주 탐사를 위해 설계된 위성이고, 우주 정거장은 본질적으로 승무원 위성입니다.

1957년 10월 4일 소련스푸트니크 1호가 지구 궤도에 최초로 발사된 인공위성입니다.2022년 12월 31일 현재 지구궤도에 있는 운용위성은 6,718기이며, 이 중 4,529기는 미국(상업용 3,996기), 590기는 중국, 174기는 러시아, 1,425기는 기타 [1]국가에 속합니다.

역사

초기제안

인공 위성의 가능성에 대한 최초의 수학적 연구는 아이작 뉴턴의 Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687)에서 자연 위성의 운동을 설명하기 위한 사고 실험인 뉴턴의 대포알이었습니다.위성이 궤도로 발사되는 것에 대한 최초의 허구적인 묘사는 에드워드 에버렛 헤일단편소설, "벽돌달" (1869)[2][3]이었습니다.이 아이디어는 베른의 "The Begum's Fortune" (1879)에서 다시 나타났습니다.

1903년, 콘스탄틴 치올코브스키 (1857–1935)는 제트 추진 장치를 사용한 우주 탐험을 출판했는데, 이것은 우주선을 발사하기 위한 로켓의 사용에 대한 최초의 학술 논문이었습니다.그는 최소 궤도에 필요한 궤도 속도를 계산했고, 액체 추진제로 연료를 공급하는 다단 로켓이 이를 달성할 수 있다고 추론했습니다.

헤르만 포토치니크는 1928년 저서 우주여행의 문제(The Problem of Space Travel)에서 지상의 상세한 평화적, 군사적 관측을 위해 궤도 우주선을 사용하는 아이디어를 탐구했습니다.그는 우주의 특별한 조건이 어떻게 과학 실험에 유용할 수 있는지 설명했습니다.이 책은 정지궤도 위성(콘스탄틴 치올코브스키가 처음 제시)을 설명하고 무선을 이용한 지상과의 통신에 대해 논의했지만, 위성을 대량 방송과 통신 [4]중계로 활용하는 방안에는 실패했습니다.

1945년 Wireless World 기사에서 영국의 공상과학 소설가 Arthur C. 클라크는 통신위성을 대량 통신에 사용할 수 있는 가능성에 대해 자세히 설명했습니다.그는 세 개의 정지 위성이 지구 [5]: 1–2 전체를 커버할 수 있을 것이라고 제안했습니다.

1946년 5월, 미국 공군프로젝트 랜드는 실험적인 세계 선회 우주선의 예비 설계를 발표했는데, 여기에는 "적절한 장비를 갖춘 위성 차량은 20세기의 [6]가장 강력한 과학적 도구 중 하나가 될 것으로 예상될 수 있습니다."라고 명시되어 있습니다.미국은 1945년부터 미 해군 항공국 산하에서 궤도 위성 발사를 고려해 왔습니다.프로젝트 랜드는 결국 그 보고서를 발표했지만, 그 위성을 잠재적인 군사 [7]무기라기 보다는 과학, 정치, 그리고 선전을 위한 도구로 여겼습니다.

1946년 미국의 이론 천체 물리학자 라이먼 스피처는 궤도를 도는 우주 [8]망원경을 제안했습니다.

1954년 2월, 프로젝트 랜드는 R. [9]R. 카하트의 "위성 차량을 위한 과학적 용도"를 발표했습니다.1955년 6월 H. K. Kallmann과 W. W.[10] Kellogg에 의해 "인공 위성의 과학적 사용"으로 확장되었습니다.

제1위성

Steel ball with 4 antennas
스푸트니크 1호 복제품

최초의 인공위성은 1957년 10월 4일 소련이 스푸트니크 계획에 따라 발사한 스푸트니크 1호이며, 세르게이 코롤레프가 수석 설계자로 참여했습니다.스푸트니크 1호는 궤도 변화 측정을 통해 높은 대기층의 밀도를 파악하는 데 도움을 주었고 전리층에서의 전파 신호 분포에 대한 데이터를 제공했습니다.예상치 못한 스푸트니크 1호의 성공 발표로 미국의 스푸트니크 사태가 급물살을 타면서 이른바 냉전의 우주경쟁에 불을 지폈습니다.

국제 지구 물리학의 해(1957–1958)에 계획된 활동의 맥락에서, 백악관은 1955년 7월 29일 미국이 1958년 봄까지 위성을 발사할 계획이라고 발표했습니다.이것이 Project Vanguard로 알려지게 되었습니다.7월 31일, 소련은 1957년 가을까지 인공위성을 발사하겠다는 계획을 발표했습니다.

스푸트니크 2호는 1957년 11월 3일 발사되어 라이카라는 [11]이름의 개를 궤도에 올려놓았습니다.

1955년 초, 미국 로켓 협회, 미국 과학 재단, 그리고 국제 지구 물리학의 해에 의해 압력을 받은 후, 육군과 해군은 두 개의 경쟁 프로그램과 함께 Orbiter 프로젝트를 진행했습니다.육군은 주피터 C 로켓을 사용했고 민간-해군 프로그램은 위성을 발사하기 위해 뱅가드 로켓을 사용했습니다.익스플로러 [12]1호는 1958년 1월 31일 미국 최초의 인공위성이 되었습니다.방사선 탐지기로부터 다시 보내진 정보는 지구의 반 알렌 방사선 [13]벨트의 발견으로 이어졌습니다.1960년 4월 1일 NASA의 TV 적외선 관측 위성(TIROS) 프로그램의 일환으로 발사된 TIROS-1 우주선은 우주에서 [14]촬영될 기상 패턴의 첫 텔레비전 영상을 다시 보냈습니다.

스푸트니크 1호가 발사된 지 3년 반이 지난 1961년 6월, 미국 우주 감시 네트워크는 지구 궤도를 도는 115개의 [15]위성 목록을 작성했습니다.

초기의 위성들은 독특한 디자인으로 만들어졌습니다.기술의 발전과 함께 위성 버스라고 불리는 하나의 모델 플랫폼 에 여러 개의 위성이 만들어지기 시작했습니다.최초의 표준화된 위성 버스 설계는 1972년 발사된 HS-333 지동시(GEO) 통신 위성입니다.1997년부터 시작된 FreeFlyer는 위성 임무 분석, 설계 및 운영을 위한 상용 기성 소프트웨어 응용 프로그램입니다.

후기발전

궤도 발사 및 위성 운용
위성 운용, 외국 공급업체에 의해 발사됨
개발중인 위성
고도화 단계의 궤도 발사 프로젝트 또는 자체 탄도 미사일 배치

캐나다가 [16]우주로 발사된 위성을 만든 세 번째 나라인 반면, 미국의 우주 공항에서 미국 로켓에 실려 발사되었습니다.첫 번째 위성 발사에는 영국과의 [17]공동 발사 시설뿐만 아니라 미국의 레드스톤 로켓과 미국의 지원 직원들이 참여했습니다.최초의 이탈리아 위성 산마르코 1호는 1964년 12월 15일 미국 버지니아주 월롭스 섬에서 미국 정찰 로켓에 실려 [18]나사의 훈련을 받은 이탈리아 발사대와 함께 발사되었습니다.비슷한 경우에, 거의 모든 더 많은 최초의 국가 위성들이 외국의 로켓에 의해 발사되었습니다.

2010년대 후반, 특히 궤도상의 활동 위성이 5년 동안 두 배 이상 증가한 대형 위성 인터넷 별자리의 출현과 운용 이후 별자리를 만드는 회사들은 수명이 다한 구형 위성의 정기적인 궤도 이탈을 제안하기 시작했습니다.발사 [citation needed]면허 취득을 위한 규제 프로세스의 일부로서.지금까지 가장 큰 인공위성은 국제 우주 [19]정거장입니다.

2000년대 초반, 특히 지구 저궤도(LEO)의 낮은 고도까지 자주 발사되는 큐브위성의 등장과 마이크로위성의 발사 증가 이후 위성은 파괴되거나 분해되어 대기 [20]중에서 완전히 연소되도록 설계되기 시작했습니다.예를 들어, 2020년에 궤도상에 있는 1000개의 활성 위성을 초과하는 최초의 대형 위성 인터넷 별자리SpaceX Starlink 위성은 100% 제거 가능하도록 설계되어 있으며 수명이 다하거나 조기 위성 [21]장애가 발생할 경우 대기권 재진입 시 완전히 타버립니다.

다른 시기에, 알제리, 아르헨티나, 호주, 오스트리아, 브라질, 캐나다, 칠레, 중국, 덴마크, 이집트, 핀란드, 프랑스, 독일, 인도, 이란, 이스라엘, 이탈리아, 일본, 카자흐스탄, 한국, 말레이시아, 멕시코, 네덜란드, 노르웨이, 파키스탄, 폴란드, 러시아, 남아프리카 공화국, 스페인, 태국, 터키, 우크라이나, 영국같은 많은 나라들이 있습니다.돔과 미국은 몇몇 위성들이 [citation needed]궤도에 있었습니다.

구성 요소들

궤도 및 고도 제어

딥 스페이스 1의 이온 추진기 발사

대부분의 위성은 궤도[5]: 78 조정하거나 유지하기 위해 화학적 또는 이온 추진력을 사용하며, 3개의 회전축 또는 자세를 제어하기 위해 반동 바퀴와 결합됩니다.지구에 가까운 위성들은 지구의 자기장, 중력장, 태양의 복사압의 변화에 가장 큰 영향을 받고, 더 멀리 떨어져 있는 위성들은 달과 태양에 의해 다른 물체의 중력장에 더 큰 영향을 받습니다.위성은 자외선으로부터 [22]손상을 막기 위해 초백색 반사 코팅을 사용합니다.궤도와 방향 제어 없이는, 궤도에 있는 위성들은 [5]: 75–76 지구의 지상국들과 통신할 수 없을 것입니다.

인공위성의 화학 추진기는 보통 쌍극성단일 추진제(한 부분) 또는 이중 추진제(두 부분)를 사용합니다.하이퍼골릭(hypergolic)이란 서로 접촉하거나 촉매에 접촉할 때 자발적으로 연소할 수 있는 것을 의미합니다.위성에서 가장 일반적으로 사용되는 추진제 혼합물은 히드라진 기반의 단일 추진제 또는 모노메틸히드라진-디니트로젠 테트로옥사이드 이중 추진제입니다.위성의 이온 추진기는 보통 홀 효과 추진기로 음으로 대전된 격자를 통해 양이온을 가속시킴으로써 추진력을 생성합니다.이온 추진은 화학적 추진보다 추진체 측면에서 더 효율적이지만 추진력은 매우 작으며(약 0.5 N 또는 0.1f lb), 따라서 더 긴 연소 시간이 필요합니다.추진기는 비활성이고 쉽게 이온화될 수 있으며 원자 질량이 높고 고압 [5]: 78–79 액체로 저장할 수 있기 때문에 보통 크세논을 사용합니다.

see caption
왼쪽은 국제우주정거장의 검은색 태양전지판, 오른쪽은 흰색 방사체.

대부분의 인공위성은 태양전지판을 이용하여 전력을 생산하고 있으며, 일조량이 제한된 심우주에 있는 몇몇 위성은 방사성 동위원소 열전발전기를 사용하고 있습니다.슬립링은 태양 전지판을 위성에 부착시킵니다. 슬립링은 햇빛과 수직이 되도록 회전하여 가장 많은 전력을 생산할 수 있습니다.태양 전지판을 가진 모든 위성들은 배터리도 가지고 있어야만 하는데, 발사체 내부와 밤에는 햇빛이 차단되기 때문입니다.위성용 배터리의 가장 일반적인 유형은 리튬 이온이며 과거에는 니켈 [5]: 88–89 수소입니다.

커뮤니케이션즈

적용들

지구 관측

STS-41-G지구방사선예산위성 배치, 지구기상 및 기후자료 수집

지구 관측 위성은 원격 감지라고 불리는 지구를 감시하고 조사하도록 설계되어 있습니다.대부분의 지구 관측 위성은 높은 데이터 해상도를 위해 낮은 지구 궤도에 배치되지만, 일부는 중단되지 않은 커버리지를 위해 정지 궤도에 배치됩니다.일부 위성들은 태양과 동기화된 궤도에 배치되어 일정한 빛을 가지고 지구의 전체적인 시야를 확보합니다.위성의 기능에 따라 일반 카메라, 레이더, 라이다, 광도계 또는 대기 기구를 가질 수도 있습니다.지구 관측 위성의 데이터는 고고학, 지도 제작, 환경 모니터링, 기상학, 정찰 [citation needed]분야에서 가장 많이 사용됩니다.2021년 현재 950개 이상의 지구 관측 위성이 있으며, 가장 많은 수의 위성이 플래닛 랩스([23]Planet Labs)로 운영되고 있습니다.

기상 위성은 구름, 도시 불빛, 화재, 오염의 영향, 오로라, 모래와 먼지 폭풍, 눈덮임, 빙상 지도, 해류 경계, 에너지 흐름 등을 관찰합니다.환경 감시 위성은 지구의 식생, 대기 미량 가스 함량, 바다 상태, 바다 색깔, 얼음장의 변화를 감지할 수 있습니다.시간에 따른 식생 변화를 관찰함으로써 가뭄은 현재의 식생 상태를 장기 [24]평균과 비교함으로써 관찰할 수 있습니다.대류권 NO2[citation needed]SO2 데이터를 평가하여 인위적 배출을 모니터링할 수 있습니다.

의사소통

통신 위성은 트랜스폰더를 통해 무선 통신 신호를 중계하고 증폭하는 인공 위성으로, 지구의 여러 위치에서 소스 송신기수신기 사이의 통신 채널을 생성합니다.통신위성은 텔레비전, 전화, 라디오, 인터넷,[25] 군사용으로 사용됩니다.많은 통신 위성들이 적도에서 22,300 마일 (35,900 km) 의 정지 궤도에 있어서, 위성이 하늘의 같은 지점에 정지해 있는 것처럼 보입니다. 따라서 지상국의 위성 접시 안테나는 그 지점을 영구적으로 겨냥할 수 있고 위성을 추적하기 위해 움직일 필요가 없습니다.다른 것들은 지구의 낮은 궤도에서 위성 별자리를 형성하는데, 그곳에서는 지상의 안테나들이 위성의 위치를 따라야 하고 위성들 사이를 자주 전환해야 합니다.

전기통신 링크에 사용되는 고주파 전파는 시선에 의해 이동하기 때문에 지구의 곡선에 의해 방해를 받습니다.통신 위성의 목적은 지구의 곡선 주위에 신호를 전달하여 넓게 분리된 지리적 [26]지점들 간의 통신을 가능하게 하는 것입니다.통신위성은 광범위한 무선 주파수와 마이크로파 주파수를 사용합니다.신호 간섭을 방지하기 위해, 국제 기구들은 주파수 범위 또는 "대역"을 사용하는 것이 허용되는 규정을 가지고 있습니다.이러한 대역 할당을 통해 신호 [27]간섭의 위험을 최소화할 수 있습니다.

내비게이션

항법 위성은 지상의 이동식 수신기가 정확한 위치를 파악할 수 있도록 전송되는 무선 시간 신호를 사용하는 위성입니다.지상의 위성과 수신기 사이의 비교적 명확한 시야선은 계속해서 향상되는 전자 장치와 결합하여 위성 항법 시스템이 실시간으로 수 미터 정도의 정확도로 위치를 측정할 수 있게 합니다.

망원경

천문 위성은 먼 행성, 은하, 그리고 다른 우주 물체들을 관측하기 위해 사용되는 위성입니다.

허블 우주 망원경

실험적인

테더 위성테더라고 불리는 얇은 케이블로 다른 위성에 연결된 위성입니다.복구 위성은 정찰, 생물학적, 우주 생산 및 기타 탑재체를 궤도에서 지구까지 복구하는 위성입니다.바이오 위성은 일반적으로 과학 실험을 위해 살아있는 유기체를 운반하도록 설계된 위성입니다.우주에 기반을 둔 태양열 발전 위성은 햇빛으로부터 에너지를 모아 지구나 다른 곳에서 사용하기 위해 전송하는 제안된 위성입니다.

무기

2000년대 중반 이후, 위성들은 군사 통신 [28][29]네트워크로부터 기밀 정보를 빼돌리기 위해 무장 단체들에 의해 해킹을 당했습니다.시험 목적으로, 지구 저궤도에 있는 위성들은 지구에서 발사된 탄도미사일에 의해 파괴되었습니다.러시아, 미국, 중국, 인도[30]인공위성을 제거할 수 있는 능력을 보여주었습니다.2007년 중국군이 노후화된 기상위성을 [30]격추한 데 이어 2008년 [31]2월에는 미 해군사라진 첩보위성을 격추했습니다.2015년 11월 18일, 러시아는 두 번의 실패 끝에 누돌로 [32]알려진 대위성 미사일의 비행 시험을 성공적으로 수행했습니다.2019년 3월 27일, 인도는 300 km 고도에서 3분 만에 실시간으로 시험 위성을 격추했습니다.인도는 위성을 [33][34]파괴할 수 있는 능력을 가진 네 번째 국가가 되었습니다.

오염과 간섭

시간이[35] 지남에 따라 공간에서 추적되는 모든 개체의 증가

우주 파편, 라디오, 공해와 같은 문제들은 그 규모가 점점 커지고 있으며, 동시에 국내 또는 국제 [36][35]규제에 있어서도 진전이 없습니다.우주 파편은 지구 중심 궤도에 있거나 교차하는 우주선[37][38](위성 [38][39]포함)에 위험을 초래하며,[41][42] 인류가 미래에 우주 활동을 하는 것을 잠재적으로 제한할 수 있는 케슬러[40] 증후군을 유발할 가능성이 있습니다.

스페이스X 스타링크같은 위성 별자리의 수가 증가함에 따라, IAU와 같은 천문학계는 [43][44][45][46][47]궤도 오염이 크게 증가하고 있다고 보고합니다.2020년 SATCON1 워크숍의 보고서는 대형 위성 별자리의 영향이 일부 천문학적 연구 노력에 심각한 영향을 미칠 수 있다고 결론지었으며 [48][49]천문학에 대한 해악을 완화할 수 있는 6가지 방법을 나열했습니다.IAU는 그러한 해로운 [50][51][52]영향을 완화하기 위한 조치를 조정하거나 종합하기 위한 센터(CPS)를 설립하고 있습니다.

방사성 물질을 오염시키고 분산시킨 몇몇 주목할 만한 위성 고장으로는 코스모스 954, 코스모스 1402, 트랜짓 5-BN-3있습니다.

일반적으로 책임은 책임협약에 의해 다루어졌습니다.대기권에 [53]재진입하는 위성의 오염과 잔해를 줄이기 위해 나무를 대체 재료로 사용하는 것이 제안되었습니다.

위성 송신기의 수신 신호 세기가 낮기 때문에, 지상 송신기에 의해 방해를 받기 쉽습니다.이러한 방해는 송신기의 범위 내에 있는 지리적 영역으로 제한됩니다.GPS 위성들은 [54][55]방해의 잠재적인 목표물이지만, 위성 전화와 텔레비전 신호들도 [56][57]방해를 받고 있습니다.

또한 정지 위성에 반송파 무선 신호를 전송하는 것은 매우 쉬우며 따라서 위성의 트랜스폰더의 정당한 사용을 방해합니다.지구 관측소는 상용 위성 공간에서 잘못된 시간에 또는 잘못된 주파수로 송신하고 트랜스폰더를 이중으로 조명하여 주파수를 사용할 수 없게 만드는 것이 일반적입니다.이제 위성 운영자는 모든 캐리어의 소스를 정확히 파악하고 트랜스폰더 공간을 [citation needed]효과적으로 관리할 수 있는 정교한 모니터링 도구와 방법을 갖추게 되었습니다.

메모들

  1. ^ 그들을 자연 위성들과 구별하기 위해서입니다.

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