우주 엘리베이터의 원리(정지 궤도)

  우주 엘리베이터는 지상에서 우주 정거장까지 승강기를 타고 이동한다는 구상이다. 그런데 개념은 쉽게 이해할 수 있지만 어떻게 동작하게 될지를 상상하는 것은 쉽지가 않다.

  가장 먼저 생각해야 봐야 할 것은 지구가 자전을 하고 있다는 것이다. 현재 지구밖에 떠 있는 인공위성들은 스스로의 동력을 이용해 지구와의 거리를 유지하며 지구를 공전하고 있다. 따라서 동력이 떨어지면 인공위성의 수명도 다하게 되는 것이 현실이다. 어쨌거나 인공위성들은 지구와 연결되어진 것은 아니기에 유연하게 다양한 상황들에 대응할 수 있는 여지가 있다. 그렇지만 우주 엘리베이터는 지구와 케이블로 연결되어진 상태인데 어떻게 자전하고 있는 지구와 동일한 거리와 고도를 유지할 수 있다는 것인가? 그 해답은 정지퀘도를 이해하면 알 수 있다.

  정지 궤도(Geosynchronous Orbit or Geosynchronous Equatorial Orbit, GEO, 동기 궤도 라도도 함)는 지구를 공전하는 인공위성의 주기가 지구의 자전주기와 동일하여 지상에서 보았을 때 항상 정지하고 있는것 처럼 보이는 궤도를 뜻한다. 인공위성에서 본다면 항상 지상의 같은 위치를 바라보게 된다는 뜻이기도 하다. 이는 지구의 자전(회전) 각속도와 동일하면서 지구의 중력과 공전하는 위성의 원심력이 0이되는 위치인 것이다. 

  정지 궤도는 지상(적도)에서 35,786km상공이다. 지구의 반지름인 6,371km와 비교하면 그 거리가 어느 정도인지 가늠해 볼 수 있을 것이다. 정지 궤도 위성의 공전 속도는 11,069km/h로 무척 빠르게 움직여야만 한다.

  따라서 정지 궤도 상에 있는 우주 선착장(Spacedock)은 지구상에 고정된 위치(엘리베이터 플랫폼)와 케이블로 연결된 상태로 동일한 고도를 유지될 수 있게 된다.

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