공간 랑데부

Space rendezvous
우주인 크리스토퍼 캐시디는 거리 측정기를 사용하여 우주왕복선 엔데버와 국제우주정거장 사이의 거리를 측정한다.
달 착륙에서 돌아온 후 달 궤도에서 사령부 콜롬비아와 랑데부하는 달 착륙선 이글 상승 단계

우주 랑데부(/rrnndevvu//)는 종종 우주 정거장 중 하나인 두 대의 우주선이 동일한 궤도에 도착하여 매우 가까운 거리(예: 시각적 접촉 내)에 접근하는 일련의 궤도 기동이다.랑데뷰는 두 우주선의 궤도 속도와 위치 벡터의 정확한 일치를 요구하며, 궤도 정거장 유지를 통해 일정한 거리를 유지할 수 있도록 한다.랑데부에는 도킹이나 정박, 우주선을 물리적으로 접촉시키고 그들 사이에 연결을 만드는 절차가 따를 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

같은 랑데부 기술은 우주선이 약한 중력장을 가진 자연물체에 "착륙"하는데 사용될 수 있다. 예를 들어 화성의 위성 중 하나에 착륙하는 것은 궤도 속도의 일치와 도킹과 유사한 몇 가지 "착륙"이 뒤따를 것이다.

역사

첫 번째 인간 우주 비행 프로그램인 보스토크에서 소련은 같은 발사대에서 1~2일 간격으로 한 쌍의 우주선을 발사했다.각각의 경우에, 발사체의 유도 시스템은 두 우주선을 거의 동일한 궤도에 삽입했다. 그러나, 보스토크에는 쌍둥이 우주선과 일치하도록 궤도를 조정할 수 있는 기동 추진기가 부족했기 때문에, 이것은 랑데부 달성에 거의 정확하지 않았다.최초 분리 거리는 5~6.5 킬로미터 (3.1~4.0 mi)였으며,[1][2] 임무 수행 과정에서 서서히 수천 킬로미터 (1천 마일 이상)로 늘어났다.

1963년에 버즈 올드린은 "유인 궤도 랑데부에서의 [3]가시선 유도 기술"이라는 제목의 박사 논문을 제출했습니다.NASA의 우주비행사로서, 올드린은 "복잡한 궤도 역학을 내 [4]동료들을 위해 비교적 단순한 비행 계획으로 변환하기 위해" 일했다.

첫 번째 시도 실패

NASA의 첫 랑데부 시도는 1965년 6월 3일 미국 우주 비행사 짐 맥디빗이 그의 제미니 4호 우주선을 타이탄 II호 발사체의 상단 스테이지에 맞추려고 했을 때 이루어졌다.맥디빗은 깊이 인식 문제와 계속 [5]움직이는 무대 추진제 환기 때문에 스테이션 키핑에 충분히 접근할 수 없었다.하지만, 제미니 4호의 랑데부 시도는 NASA 엔지니어들이 아직 이 과정에 관련된 궤도 역학을 배우지 못했기 때문에 대부분 성공하지 못했다.단순히 액티브 차량의 코를 표적에 겨누고 밀어내는 것은 성공하지 못했다.목표물이 궤도에서 앞서고 추적 차량이 속도를 높이면 고도도 높아져 목표물에서 멀어지게 된다.고도가 높을수록 케플러의 제3법칙으로 인해 궤도 주기가 증가하여 추적기가 목표물 위뿐만 아니라 뒤에 위치하게 된다.적절한 기술을 사용하려면 추적 차량의 궤도를 변경하여 랑데부 표적이 따라잡거나 따라잡을 수 있도록 한 다음 정확한 순간에 차량 간의 상대적인 움직임 없이 표적과 동일한 궤도로 변경해야 한다(예: 추적기를 더 짧은 궤도 주기에 있는 낮은 궤도로 이동).따라서 Hohmann 전송을 원래 궤도 [6]높이로 다시 실행합니다).

나중에 GPO 엔지니어인 André Meyer가 언급했듯이, "랑데부(rendezvous)에서 무엇이 잘못되었는지에 대한 좋은 설명이 있습니다."MSC의 다른 모든 사람들과 마찬가지로 승무원들은 "관련된 궤도 역학을 이해하거나 추론하지 못했다.그 결과, 우리는 모두 훨씬 더 똑똑하고 완벽한 랑데부 기술을 얻었습니다.이 기술을 현재 아폴로호가 사용하고 있습니다.

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처음 성공한 랑데부

1965년 제미니6에서 찍은 제미니7

랑데부는 1965년 12월 15일 미국 우주 비행사 월리 쉬라에 의해 성공적으로 이루어졌다.시라는 자매 우주선 제미니 7호에서 1피트(30cm) 이내에 제미니 6호를 조종했다.우주선은 서로 도킹할 수 있는 장비를 갖추지 않고 20분 이상 정거장을 유지했다.Shirra는 나중에 다음과 같이 말했다.[7]

누가 그러는데...3마일(5km) 이내에 도달했을 때는 이미 회합한 것입니다.5km(3마일) 떨어진 곳에서 랑데뷰를 할 수 있다고 생각되는 사람이 있다면 즐기세요!이게 우리가 일을 시작한 때야.약 120피트(37m) 거리에서 두 차량 사이에 상대적인 움직임이 없는 상태에서 완전히 정지될 때까지 랑데부(Rendezvous)는 끝나지 않을 것입니다.저게 랑데부야!이제부터는 역무입니다.그때가 바로 자동차 운전, 비행기 운전, 스케이트보드 밀기 등의 게임을 할 수 있는 시기입니다.그 정도로 간단합니다.

그는 두 나라의 [8]업적 간의 차이를 설명하기 위해 또 다른 예를 들었다.

[러시아의 랑데부]는 지나가는 눈길이었다.남자가 차가 많이 다니는 번화가에서 휙휙 지나가는 귀여운 소녀를 발견하는 것과 같다.그가 '잠깐만' 하고 있는데 그녀가 없어졌어.그건 지나가는 눈길이지 랑데부가 아니야.같은 남자가 교통량을 가로 질러서 여자애의 귀를 갉아먹는다면 그건 랑데부야!

첫 번째 도킹

주요 기사:우주선의 도킹 및 정박
제미니8 아제나 타깃 차량
1966년 3월 제미니 8호와 아제나호와의 도킹

두 대의 우주선의 첫 도킹은 1966년 3월 16일 닐 암스트롱의 지휘 하에 제미니 8호가 아제나 표적 우주선과 접선하여 도킹했을 때 이루어졌다.제미니 6호는 첫 번째 도킹 임무가 될 예정이었으나 발사 [9]도중 아제나 우주선이 파괴되면서 취소되었다.

소련은 1967년 [10]10월 30일 Cosmos 186과 Cosmos 188 사이에 처음으로 자동적이고 조임 없는 도킹을 수행했다.

수동 도킹을 시도한 최초의 소련 우주비행사는 게오르기 베레고보이였다. 그는 1968년 10월 소유즈 3호 우주선과 무정차 소유즈 2호를 도킹시키려 했으나 실패했다.그는 200미터(660피트)에서 30센티미터(1피트) 가까이까지 자신의 배를 몰고 올 수 있었지만,[citation needed] 조종 연료를 다 써버리기 전에 도킹할 수 없었다.

1969년[11] 1월 16일 소유즈 [12]4호와 소유즈 5호가 도킹하면서 소유즈 4호에 도착하기 위해 선외 활동을 벌여야 했던 소유즈 5호의 선원 2명이 도킹에 성공했다.

1969년 3월, 아폴로 9호는 두 개의 도킹한 우주선 사이에 처음으로 승무원의 내부 이동을 달성했다.

1975년 아폴로 우주선이 아폴로-소유즈 [13]임무의 일환으로 소유즈 우주선과 도킹했을 때 다른 나라에서 온 두 우주선의 첫 만남이 이루어졌다.

최초의 다중 우주 도킹은 1978년 [citation needed]1월 소유즈 26과 소유즈 27이 살류트 6 우주 정거장에 도킹되었을 때 이루어졌다.

사용하다

A gold-coloured solar array, bent and twisted out of shape and with several holes. The edge of a module can be seen to the right of the image, and Earth is visible in the background.
1997년 9월 Shuttle-Mir의 일부로서 미르의 Spektr 모듈의 태양전지 어레이가 파손되었다.프로그레스 우주선은 우주정거장의 재공급에 사용되었다.이 우주 랑데부에서는 프로그레스호가 미르와 충돌하여 Spektr로 향하는 출입문을 닫음으로써 감압을 개시했다.

우주선이 승무원이나 보급품을 궤도를 도는 우주정거장에 데려올 때마다 랑데부(Rendezvous)가 이뤄진다.이것을 한 최초의 우주선은 소유즈 11호였는데,[14] 1971년 6월 7일 살류트 1호 기지와 성공적으로 도킹했다.인간 우주 비행 임무가 성공적으로 6개의 살류트 우주 정거장, 스카이랩, 미르, 국제 우주 정거장과 만났다.현재 소유즈 우주선은 승무원을 ISS로 이송하기 위해 약 6개월 간격으로 사용되고 있다.NASA의 상용 승무원 프로그램의 도입으로, 미국은 스페이스X의 카고 드래곤; 크루 드래곤의 최신 버전인 소유스와 함께 자체 발사체를 사용할 수 있게 되었다.[15]

로봇 우주선은 또한 우주정거장과의 랑데부 및 보급을 위해 사용된다.소유스와 프로그레스 우주선은 쿠르스 도킹 시스템을 사용하여 미르 및 ISS와 자동으로[16] 도킹했으며, 유럽의 자동 전송 장치 또한 ISS의 러시아 부분과 도킹하기 위해 이 시스템을 사용했습니다.몇몇 미사용 우주선들은 도킹 포트 대신 나사의 계류 메커니즘을 사용한다.일본의 H-II Transfer Vehicle(HTV), SpaceX Dragon, Orbital Sciences의 Sygnus 우주선은 모두 근접한 랑데부까지 기동하여 정거장 유지를 유지하며 ISS Canadarm2가 우주선을 미국 세그먼트의 정박지로 이동할 수 있도록 한다.그러나 업데이트된 버전의 카고 드래곤은 더 이상 정박할 필요가 없으며 대신 우주 정거장에 직접 도킹할 것이다.러시아 세그먼트는 도킹 포트만 사용하기 때문에 HTV, Dragon 및 Cygnus는 [17]도킹 포트를 찾을 수 없습니다.

우주 랑데뷰는 허블 우주 망원경에 대한 최근의 서비스 임무를 포함하여 다양한 목적으로 사용되어 왔다.역사적으로 우주비행사를 달에 착륙시킨 아폴로 계획의 임무에 있어서, 아폴로 달 모듈의 상승 단계는 달 궤도 랑데부 기동에서 아폴로 사령부와 도킹하게 된다.또한 STS-49 승무원은 인텔샛 VI F-3 통신 위성과 회합하여 로켓 모터를 장착하여 궤도 [citation needed]기동을 가능하게 했다.

미래의 가능한 랑데뷰는 아직 개발되지 않은 자동 허블 로봇 차량(HRV)과 연료가 떨어진 지구 동기 위성과의 랑데뷰를 위해 개발 중인 CX-OLEV에 의해 이루어질 수 있다.CX-OLEV는 궤도 관측소를 인수하거나 마침내 위성을 묘지 궤도로 가져간다. 그 후 CX-OLEV는 다른 위성에 재사용될 수 있다.홀 효과 [18]추진기를 사용하여 정지 이동 궤도에서 지구 동기 궤도로의 점진적인 이동은 몇 개월이 걸릴 것이다.

또는 두 우주선이 이미 함께 있으며, 다른 방식으로 도킹 및 도킹만 하면 됩니다.

  • ISS 또는 Salyut의[citation needed] 도킹 포인트에서 다른 도킹 포인트로의 소유즈 우주선
  • 아폴로 우주선에서는 새턴 V 로켓/LM 내부 CSM(발사 시 LM 어댑터/CSM 아래부터 위까지 차례차례)의 월면주입 후 약 1시간 후에 CSM 승무원과 함께 전치, 도킹, 추출이라고 알려진 기동이 수행되었다.이 단계에서 LM은 [citation needed]미완성:
    • LM 어댑터의 4개의 상부 패널이 폐기되는 동안 CSM은 분리되었습니다.
    • CSM이 180도 회전(엔진 후방, LM 방향, 전진 방향)
    • 3단계에 접속되어 있는 동안 LM에 접속되어 있는 CSM
    • 다음으로 CSM/LM의 조합이 3단계에서 분리됩니다.

NASA는 두 우주선이 서로 연결하기 [19]위해 서로 가까이에서 작업하는 우주선 운영 주변에서 일반적으로 필요한 모든 우주 비행 절차를 위해 "Rendezvous, Proximity-Operations, Docking, Undocking"(RPODU)이라고 부르기도 합니다.

단계 및 방법

명령어 및 서비스 모듈찰리 브라운(루나 모듈 스누피)
궤도 랑데부 1/ 두 우주선은 같은 궤도면에 있어야 한다.ISS는 더 높은 궤도(저속)로 비행하고, ATV는 더 낮은 궤도로 비행하여 ISS를 따라잡습니다.2/ATV와 ISS가 알파 각도(약 2°)를 만드는 순간 ATV는 타원 궤도를 지나 [20]ISS로 이동합니다.

랑데부 및 도킹의 표준 기술은 능동형 차량인 "추적기"를 수동형 "표적"으로 도킹하는 것입니다.이 기술은 제미니,[citation needed] 아폴로, 아폴로/소유즈, 살류트, 스카이랩, 미르, ISS, 톈궁 프로그램에 성공적으로 사용되어 왔다.

우주선 랑데부(Rendezvous)를 제대로 이해하기 위해서는 우주선 속도와 궤도의 관계를 이해하는 것이 필수적이다.특정 궤도에 있는 우주선은 임의로 속도를 변경할 수 없다.각각의 궤도는 특정 궤도 속도에 관련된다.우주선이 추진기를 발사하고 속도를 증가(또는 감소)하면 더 높은(또는 더 낮은) 속도와 상관되는 다른 궤도를 얻게 됩니다.원형 궤도의 경우 궤도가 높을수록 궤도 속도가 낮아집니다.낮은 궤도는 더 높은 궤도 속도를 가진다.

궤도 랑데부(rendezvous)가 발생하려면 두 우주선이 동일한 궤도 평면에 있어야 하며 궤도의 위상(궤도에서 우주선의 위치)이 [20]일치해야 합니다.도킹의 경우 두 차량의 속도도 일치해야 합니다."추적기"는 목표물보다 약간 낮은 궤도에 배치됩니다.궤도가 낮을수록 궤도 속도는 높아집니다.따라서 체이서와 목표물의 궤도 속도 차이는 목표물보다 체이서가 더 빠르고 이를 [citation needed]따라잡는다.

두 우주선이 충분히 가까워지면, 추적자의 궤도는 목표물의 궤도와 동기화된다.즉, 체이서가 가속됩니다.이 속도의 증가는 체이서를 더 높은 궤도로 이동시킨다.속도 증가는 추적자가 목표물의 궤도를 대략적으로 가정하도록 선택된다.단계적으로 추적기는 근접 작업(아래 참조)이 시작될 때까지 표적에 근접합니다.최종 단계에서는 능동형 차량의 반응 제어 시스템을 사용함으로써 폐쇄율이 감소합니다.도킹은 보통 0.1피트/초(0.030m/초)에서 0.2피트/초(0.061m/초)[21]의 속도로 이루어집니다.

랑데부 단계

(가정된) 수동형 우주선이 있는 능동형 또는 "추적형" 우주선의 우주 랑데부는 여러 단계로 나눌 수 있으며, 일반적으로 10,000km(6,200mi)[22] 이상 떨어진 별도의 궤도에 있는 두 우주선으로 시작한다.

단계 이격 거리 표준 위상 지속 시간
드리프트 궤도 A
(눈에서 멀어지면, 접촉에서 멀어진다)		 2분 이상max[23] 1 ~ 20 일
드리프트 궤도 B
(보여, 접촉)		 2 킬로max ~1 km (3,300 피트) 1~5일
근접 작전 A 1,000 ~ 100 미터 (3,280 ~330 피트) 1~5 궤도
근접 작전 B 100 ~ 10 m (328 ~33 피트) 45~90분
도킹 10 미터 미만(33 피트) 5분 미만

근접 조작 및 [24]도킹에 필요한 변환 및 회전 조작을 실시하기 위해 다양한 기술을 사용할 수 있습니다.

접근 방법

접근의 근접성 작전에 대한 가장 일반적인 두가지 방법은 우주선( 표적의 속도 벡터를 따라 이루어진다 V-bar으로 불린다.)과 수직의 궤도(그것은 반지름 방향 벡터를 따라 이루어진다 R-bar,, 지구 관련하여 표적의)의 반지름의 선을 따라 비행 경로에 비행 경로로 인라인이 있다.[22]선택한 접근 방법은 안전, 우주선/추진기 설계, 임무 일정, 특히 ISS와의 도킹에 대해 할당된 도킹 포트의 위치에 따라 달라집니다.

V-bar 어프로치

V-bar 접근법은 수동형 우주선의 속도 벡터를 따라 수평으로 "추격자"가 접근하는 것이다.즉, 후방 또는 전방에서 수동 목표물의 궤도 운동과 같은 방향이다.그 움직임은 목표물의 궤도 [22][25]속도와 평행하다.뒤에서 V-bar 접근 시, 추적기는 목표물 방향으로 속도를 높이기 위해 작은 추진기를 발사한다.물론 이것은 체이서를 더 높은 궤도로 몰고 갑니다.체이서를 V-벡터에 유지하기 위해 다른 스러스터가 반경 방향으로 발사됩니다.이를 생략할 경우(예를 들어 추진기 고장으로 인해), 추적기는 목표물보다 낮은 궤도 속도와 관련된 더 높은 궤도로 이동한다.이것에 의해, 타겟은 체이서보다 빠르게 이동해, 그 사이의 거리가 커진다.이를 자연 제동 효과라고 하며, 트러스터 고장 [citation needed]시 자연 보호 장치입니다.

STS-104는 국제우주정거장에 [26]V-bar를 착륙시킨 세 번째 우주왕복선 임무였다.V-bar 또는 속도 벡터는 스테이션 바로 앞의 선을 따라 연장됩니다.셔틀은 PMA-2 도킹 [27]포트에 도킹할 때 V-bar를 통해 ISS에 접근합니다.

R-bar 어프로치

R-bar 접근법은 목표 우주선 아래 또는 위에서 반경 벡터를 따라 이동하는 체이서로 구성됩니다.그 움직임은 수동형 [22][25]우주선의 궤도 속도와 직교한다.목표물 아래에 있을 때 추적기는 목표물에 근접하기 위해 방사형 추진기를 발사한다.이것에 의해 고도가 높아진다.그러나 체이서의 궤도 속도는 변경되지 않습니다(반경 방향의 스러스터 발사는 궤도 속도에 영향을 주지 않습니다).이제 조금 높은 위치에 있지만, 국소적인 원형 속도에 대응하지 않는 궤도 속도를 가진 추적자는 목표물보다 약간 뒤떨어집니다.추적기를 목표물의 반경 벡터를 따라 유지하려면 궤도 속도 방향의 작은 로켓 펄스가 필요하다.이러한 로켓 펄스가 실행되지 않으면(예를 들어 트러스터 고장으로 인해), 체이서는 표적에서 멀어집니다.이것은 자연스러운 제동 효과입니다.R-bar 접근법의 경우, 이 효과는 V-bar 접근법보다 강하므로 R-bar 접근법이 둘 [citation needed]중 하나에서 더 안전하다.일반적으로 추적자는 표적보다 낮은(빠른) 궤도에 있으므로 "추적"하기 때문에 아래에서 R-bar 접근법이 바람직하다.위에서부터의 R-bar 접근의 경우, 추적자는 표적보다 더 높은(느린) 궤도에 있으므로 표적이 [citation needed]접근할 때까지 기다려야 한다.

Astrotech는 "전통적인 최저 R-bar [28]접근법을 사용하여" 역에 접근하는 차량으로 ISS 화물 수요를 충족시킬 것을 제안했다.최저 R-bar 접근법은 H-II 이송 차량 및 SpaceX Dragon [29][30]차량의 ISS로의 비행에도 사용된다.

Z-bar 어프로치

능동형 또는 "추적기"가 측면에서 수평으로 수동형 우주선의 궤도면과 직교하는 접근, 즉 수동형 우주선의 궤도 측면과 바깥면에서 접근하는 것을 Z-bar [31]접근이라고 한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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