우주탐사 매뉴얼

5장. 지구궤도에 진입하기

그림 5-1

a) 준궤도 운동과 b) 궤도운동의 비교. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-2

New Shepard 로켓이 103 km까지 수직 상승한 후 하강할 때 가지는 가속도(a), 속도(b), 고도(c)의 시간에 대한 변화. 사용된 물리량들은 mroc,i= 75 ton, mroc,f= 29.2 ton, Isp= 260 s, tburn= 140 s이며, veff와 g는 고도에 관계없이 일정하고 대기가 로켓에 미치는 영향은 없다고 가정되었다. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-3

New Shepard 로켓이 250 km까지 수직 상승한 후 하강할 때 가지는 가속도(a), 속도(b), 고도(c)의 시간에 대한 변화. 사용된 물리량들은 mroc,i= 75 ton, mroc,f= 19.3 ton, Isp= 260 s, tburn= 170 s이며, veff와 g는 고도에 관계없이 일정하고 대기가 로켓에 미치는 영향은 없다고 가정되었다. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-4

지상에서 수직 이륙하여 궤도에 진입하는 우주 발사체가 비행 중에 받는 힘과 자세. 궤도면 전환이 없는 경우 이 그림에 있는 모든 벡터와 궤적은 하나의 평면(궤도면)에 놓인다. v는 속도 벡터이고, Fthrust, Fg, FD, FL는 추력, 중력, 항력, 양력 벡터이다. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-5

선회 비행 중의 로켓의 주축 및 진행 방향(점선)과 추력 방향(대시선). 로켓의 무게중심이 빨간 점으로 표시되어 있다. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-6

a) +Y축 방향으로 직선(α=0°) 가속하던 로켓이 시간 0에 엔진을 +X축 방향으로 α=5° 튼 이후 가지는 궤적. 이 로켓이 가지는 b) vx와 vy 및 c) 로켓 주축 방향의 방위각 θaxis(빨간 실선)와 로켓 진행 방향의 방위각 θv의 진화. 방위각 θ는 a)의 오른쪽 아래에 표시되어 있는 것과 같이 +X축으로부터 반시계 방향으로 정의된다. 이 계산에 사용된 로켓의 질량, 길이, 추력은 모두 1이며, Y축 방향의 초기 속도도 1이다(임의의 단위계가 사용됨). 시간 0에 엔진이 오른쪽으로 틀어진 후 로켓은 시계 방향으로 회전을 시작하며 회전의 속도는 시간이 갈수록 빨라진다. 로켓의 병진운동 속도는 일정한 값으로 수렴해가는 반면, 회전 속도는 추력이 지속되는 한 계속 커질 것이다. a)의 빨간색 원은 로켓의 주축이 +Y축 방향(θaxis=90°)을 향하는 시점을 나타낸다. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-7

φ는 로켓 표면의 법선 방향과 그곳에 충돌하는 대기 흐름 방향 사이의 각이다. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-8

a) 로켓의 압력중심(dcp)이 무게중심(dcg)보다 더 아래에 있는 경우. b) 로켓의 압력중심이 무게중심보다 더 위에 있는 경우. a)에서는 양력에 의해 야기되는 토크가 로켓의 주축 방향(대시선)이 진행 방향(점선)에 정렬하는 방향으로 작용하지만, b)에서는 반대 방향으로 작용한다. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-9

중력 선회를 하는 로켓에 미치는 힘과 로켓이 가지는 궤적 및 자세. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-10

a) 지상에 세워져 있는 로켓이 한쪽으로 기운 경우와 b) 공중에서 날아가고 있는 로켓이 한쪽으로 기운 경우. a)에서는 중력이 로켓을 넘어뜨리는 방향으로 토크를 가하지만 b)에서는 다시 서는 방향으로 토크를 가한다. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-11

로켓과 함께 움직이는 공변 좌표계 (ut, un)의 정의. ut는 로켓의 진행 방향을 향하고, un은 궤도면 내에서 ut에 직각이면서 하늘을 향하는 방향이다. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-12

a) 이심률 0.075, 경사각 0°, b) 이심률 0, 경사각 43°, c) 이심률 0.075, 경사각 43°인 지구동기궤도의 지구면 궤적. 궤적의 경도 중심이 동경 127.5°에 있게 하였고, c)에서는 근지점 위치에서 궤도의 최북단이 되도록 했다. 숫자는 고도를 나타내며, 붉은색 다이아몬드는 공전 주기의 0%, 25%, 50%, 100% 시점을 나타낸다. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-13

궤도의 경사각과 궤도 내 물체의 운동 방향. 순행하는 물체의 경사각을 승교점에서 잰 경우(a)와 강교점에서 잰 경우(b). 역행하는 물체의 경사각을 승교점에서 잰 경우(c). 적도에 있는 숫자는 경도를 나타낸 것으로, a)와 c)는 경도 0°에서 바라본 것이고, b)는 경도 180°에서 바라본 것이다. b)는 a)의 반대편에서 바라본 것으로, 이들의 궤도는 같다. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-14

a) 지구 자전축의 세차운동과 b) 지구궤도에 있는 물체의 세차운동. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-15

달과 태양을 대표하는 붙박이 고리와 지구 적도 지역의 불룩하게 튀어나온 부분을 대표하는 도넛. 고리와 도넛은 23.4°의 기울기를 가지고 있다. a) 도넛이 자전하지 않는 경우와 b) 도넛이 자전하는 경우. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-16

궤도면이 가지는 태양 베타각의 정의. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-17

567 km의 고도를 가지는 태양동기-지상반복 궤도가 가지는 하루 동안의 지구면 궤적. 이 궤도의 공전 주기는 24/15 hour이고 경사각은 97.7°이다. 첫 한바퀴 공전이 붉은 색으로 표시되어 있으며, 화살표는 움직이는 방향을 나타낸다. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-18

저궤도와 정지궤도를 잇는 정지전이궤도. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-19

북위 34.4°에서 정동 방향으로 발사된 물체가 가지는 궤도를 .a) 발사장 경도보다 90° 서쪽에서 본 경우와 b) 발사장 경도에서 본 경우. 북위 34.4°에서 c) 0°에서 90° 사이의 방위각 A1을 가지고 발사된 물체와 d) 0°에서 90° 사이의 방위각 A2를 가지고 발사된 물체의 궤도. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-20

a) 구면삼각법의 사인법칙(5-12식)과 b) 발사 방위각 A와 궤도 경사각 i 사이의 관계. (Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0)

그림 5-21

a) 나로 우주센터에서 정동 방향으로 발사된 로켓이 0°의 경사각을 얻기 위해 적도에서 개다리 기동을 수행한 모습. b) 개다리 기동의 명칭은 개 뒷다리의 꺾어진 모양에서 왔다. (a: Sungsoo S. Kim / CC BY-SA 4.0; b: Shutterstock: Gepta Ys)

그림 저작권 안내

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