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..

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..

통신, 지구 관측, 행성 탐사 등의 우주 활동을 임무(Mission)라고 한다. 이 임무를 수행하려면 위성 등의 페이로드가 각 임무에 적합한 궤도를 자연법칙에 따라 장기간 비행하는 것이 필요하다. 우주로켓의 역할은 단순히 일정 질량의 페이로드를 우주 공간에 두는 것이 아니라 각 임무에 적합한 목표 궤도에 정확하게 진입시키는 것이다. 그래서 우주로켓은 페이로드의 크기, 형상, 질량이나 투입 궤도 등의 조건이 필요하다. 이것을 ‘임무’라고 한다. ‘인공위성’은 지구 중력 범위 안에서 지구를 돌면서 통신, 천문 관측, 지구 관측, 과학 실험 등의 임무를 수행한다. 한편, 우주 탐사선은 지구 중력의 영향을 벗어나 태양의 중력 범위 안으로 들어가고 나서 최종 목표로 하는 행성과 소행성으로 비행을 계속 유지하는 것..