반복지상궤적궤도 (Repeat Ground Track Orbit)

한 줄 정의: 위성이 지구 위를 지나가며 그리는 지상궤적(ground track)이 일정한 정수의 궤도 주기와 정수의 지구 자전 주기가 지난 후 정확히 같은 경로로 되풀이되도록 설계된 궤도입니다.

쉽게 풀면

위성이 지구를 돌 때 지상에 그림자처럼 그리는 경로를 지상궤적이라고 하는데, 지구가 자전하기 때문에 보통은 궤도를 돌 때마다 그 경로가 조금씩 서쪽으로 밀려납니다. 반복지상궤적궤도는 이 밀림 정도를 정확히 계산해서, 며칠 또는 몇 주 뒤에는 위성이 이전과 정확히 같은 경로를 다시 지나가도록 설계한 궤도입니다. 마치 정해진 순찰 경로를 며칠 주기로 정확히 반복하는 순찰차와 비슷합니다. 이렇게 하면 같은 지역을 일정한 주기로 계속 관측할 수 있습니다.

왜 중요한가

지구관측이나 정찰 임무에서는 특정 지역을 정기적으로 같은 각도에서 재관측해 변화를 비교하는 것이 중요한데, 반복지상궤적궤도는 이러한 반복 관측 주기를 정확히 설계할 수 있게 해줍니다. 관측 주기(회귀 주기)와 지상 해상도, 궤도 유지 비용 사이의 균형을 다루는 것이 궤도 설계 논문의 주요 주제 중 하나입니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"14일 주기로 동일한 지상궤적을 반복하는 회귀궤도를 설계하여 동일 지역에 대한 변화 탐지 관측을 수행할 수 있도록 하였다."

정기적인 재관측을 위한 반복지상궤적궤도 설계 사례입니다.

"궤도 주기와 지구 자전 주기의 공약비를 조정하여 원하는 회귀 일수를 갖는 반복지상궤적궤도 후보군을 도출하였다."

회귀 주기를 결정하는 궤도 설계 과정을 설명하는 예입니다.

조금 더 깊게 보면

반복지상궤적궤도는 위성의 궤도 주기와 지구의 항성일 자전 주기가 정수비(예: N번의 궤도 회전이 M일 동안 이루어지는 관계)를 이루도록 궤도 반장경을 정밀하게 선정하여 구현됩니다. 실제로는 J2 섭동으로 인한 궤도면 세차와 근지점 이동까지 고려해야 정확한 회귀 주기를 얻을 수 있으며, 태양동기궤도와 결합하여 널리 쓰이는 경우가 많습니다.

주의할 점

대기저항 등으로 인한 궤도 감쇠가 누적되면 지상궤적이 서서히 어긋나기 때문에, 정밀한 반복 주기를 유지하려면 주기적인 궤도 유지 기동이 필요합니다.