우주 탐사선이 이용하는 궤도는 지구 중심 관성 좌표계의 쌍곡선 궤도이다. 발사할 때 우주로켓은 원칙적으로 탐사선을 일단 지구 저궤도(주차 궤도)에 투입하고 나서 더욱 가속하면서 쌍곡선 궤도에 투입하고, 우주 탐사선을 지구 중력의 영향권(SOI) 밖으로 내보낸다. 고도 200 km 상공에서 쌍곡선 궤도 탐사선의 관성속도는 11.0+$\Delta V$ km/s이다. 여기서 $\Delta V$ 는 각 임무에서 필요한 속도 증가량이다. 참고로 같은 고도의 원 궤도속도(관성속도)는 7.78 km/s로 훨씬 작다.1) 화성 탐사선의 궤도지구에서 화성에 탐사선을 보낼 때 가장 에너지 효율적인 궤도는 다음 그림의 태양 중심 관성 좌표계의 호만 전이 궤도이다. 지구를 출발한 탐사선은 지구의 영향권 안에서 지구 중심 관성..

1) 정지위성의 발사 절차정지궤도는 적도 상공 약 36,000 km(정확히 고도 35,786 km; 지구 지름의 약 3배)에만 존재하는 궤도이다. 이러한 고에너지 궤도에 위성을 어떻게 쏘아 올릴까? 만일 직접 발사하면 지구 중력을 거슬러서 비행하는 시간이 길어서 중력 손실이 현저하게 커지면서 제대로 된 크기의 위성을 쏠 수 없다.정지위성을 발사할 때의 순서는 다음과 같다. ① 우선 2단 로켓과 위성을 저고도 주차 궤도(지구 저궤도: LEO)에 투입하고, 그 시점에서 2단 로켓 엔진 추력을 정지한다. 다음 그림의 예에서 LEO = 250 km로 가정하므로, 궤도속도(관성속도, $V_{LEO}$)는 7.76 km/s, 궤도 경사각($i$)은 30.4°이다. ② 2단 로켓과 위성이 주차 궤도에서 약 12분..

저고도인 궤도 에너지가 낮은 원 또는 타원 궤도에 위성을 발사할 때 우주로켓을 지상에서 직접 발사한다. 하지만 궤도 에너지가 높은 정지궤도와 쌍곡선 궤도에 발사할 때 에너지 효율 측면에서 일단 저고도의 원이나 타원 궤도에 투입한 뒤 궤도를 변경해서 최종 목표 궤도에 투입한다. 위성의 궤도 변경은 (1) 궤도 면내 변경(궤도 경사각을 바꾸지 않고, 궤도의 모양과 크기를 변경)과 (2) 궤도면의 변경(궤도 경사각을 바꾸는 것)을 동시에 하지만, 여기에서는 (1)과 (2)를 따로 생각해서 효율적인 궤도 변경 방법을 생각해보자.1) 궤도 면내 변경다음 그림과 같이 저고도의 원 궤도 위성을 가장 효율적으로 같은 면내의 고고도 원 궤도로 전이(轉移)하는 문제를 생각해 보자. 이 문제의 답을 결론부터 말하면, 이 그..

지구를 도는 인공위성의 궤도는 원 또는 타원 궤도이다. 원 궤도는 지구 주회 궤도의 기본이며, 우주개발에서 가장 많이 이용하는 궤도이다. 다음 그림은 원 운동의 궤도속도(관성속도), 주기 및 궤도 에너지를 나타낸 것이다. 그림과 같이 위성이 지표에서 멀어질수록 궤도속도는 감소하지만, 궤도 에너지는 증가한다. 그러므로 지표에서 위성 발사에 필요한 에너지는 고도와 함께 증가한다. 1) 지구 저궤도(LEO)다음 그림과 같이 지구를 주회하는 위성 궤도로 중고도 약 200~500 km의 타원 궤도를 지구 저궤도(LEO)라고 한다. 이 고도의 엄밀한 정의는 없지만, 보통 고도 1,000 km 정도의 궤도를 가리킨다. LEO는 원운동을 하므로 천문 관측, 과학 실험, 무중력 실험을 비롯한 많은 기간 체류하는 유인 우..

우주로켓의 비행 과정을 관찰하자. 구체적인 예로 어떤 우주로켓에서 정지위성 발사 비행을 결정하고, 리프트오프에서 저고도 지구 저궤도(LEO)를 거쳐서 정지 천이 궤도(GTO)에 도달하기까지 비행의 주요 이벤트에 근거해서 관찰한다. 다음 로켓의 주요 사양을 참조하기를 바란다. 주요 이벤트의 경과 시간, 고도, 지표 거리는 공개 데이터로 추정한 것이다. ① 리프트오프(Liftoff: 발사)로켓 전체 단의 조립과 위성 설치 작업을 완료한 우주로켓은 발사대마다 발사점으로 이동한다. 여기에서 모든 단의 기능 점검을 완료한 다음 1단 및 2단 엔진의 액체산소와 액체수소를 충전한다. 그다음 최종 자동 카운트다운에 들어간다. 이하, 주요 이벤트를 발사(리프트오프)의 경과 시간 X(초)를 기준으로 나타낸다. 카운트다운 ..

1) 자세 제어 방법로켓은 비행 중 기체 자세를 자주 변경해야 한다. 로켓의 자세 제어는 유도 명령에 따라 지시된 대로 로켓의 자세를 변경하는 기능이며, 그것은 기체 중심을 원점으로 3축 방향으로 기체를 회전시키는 것을 의미한다. 변경해야 할 자세 각도(회전각도) 는 ‘목표 자세(유도 명령)’와 항법 계산에 따른 ‘현재 자세’의 차이이다. 로켓이 자세를 변경하려면 제어 계산 결과를 조타 신호로 내보낸다. 각 자세 제어 장치(엔진 짐벌이나 가스 제트 등)를 작동시키고 기체를 만 회전시킨다. 기체 3축 방향의 회전각을 다음 그림에 나타냈다. 그림에서 P는 Pitch, 기수가 위로 가면 양의 값을 가진다. Y는Yaw, 왼쪽이 양의 값을 가진다. R은 Roll, 기체 축 방향에서 볼 때 시계방향이 양의 값을 가..