궤도 우주 비행

지구 주위에는 세 가지 주요 궤도 "대역"이 있습니다 . 저궤도 (LEO), 중궤도 (MEO), 정지궤도 (GEO)입니다.

궤도 역학 에 따르면 , 궤도는 지구 중심과 일치하는 지구 주위의 특정하고 대체로 고정된 평면에 위치하며, 적도에 대해 기울어질 수 있습니다. 우주선의 상대 운동과 지구가 자전함에 따라 발생하는 지구 표면의 움직임은 지상에서 볼 때 우주선이 하늘에 나타나는 위치와 우주선에서 지구의 어떤 부분을 볼 수 있는지를 결정합니다.

우주선이 지구의 어느 부분에 바로 있는지 보여주는 지상 궤적을 계산하는 것이 가능합니다 . 이는 궤도를 시각화하는 데 유용합니다.

지구 궤도 우주 비행은 로켓 엔진을 추진력으로 사용하는 발사체 에 의해서만 달성되었습니다 . 궤도에 도달하기 위해 로켓은 탑재체에 약 9.3~10km/s의 델타-v를 전달해야 합니다. 이 수치는 주로 궤도 속도에 도달하는 데 필요한 수평 가속도(~7.8km/s)를 위한 것이지만, 대기 저항 (약 300m/s, 20m 길이의 고밀도 연료 ​​발사체의 탄도 계수 ), 중력 손실 (연소 시간, 궤적 및 발사체의 세부 사항에 따라 달라짐), 그리고 고도 상승을 고려한 것입니다.

검증된 주요 기술은 중력 선회를 수행하면서 수 킬로미터 동안 거의 수직으로 발사한 후, 170km 이상의 고도에서 궤적을 점진적으로 평평하게 만들고, 중력에 맞서 고도를 유지하기 위해 로켓을 위쪽으로 기울인 상태에서 수평 궤적으로 가속하여 5~8분간 연소하여 궤도 속도에 도달하는 것입니다. 현재 필요한 델타-V를 달성하려면 2~4 단이 필요합니다. 대부분의 발사는 소모성 발사 시스템을 통해 이루어집니다 .

반면 소형 위성용 페가수스 로켓은 고도 39,000피트(12km)의 항공기에서 발사됩니다.

로켓보다 훨씬 저렴할 수 있는 궤도 우주 비행을 위한 여러 가지 방법이 제안되어 왔습니다. 우주 엘리베이터 나 회전식 추진기(rotovator )와 같은 아이디어는 현재 알려진 어떤 것보다 훨씬 더 강한 새로운 소재를 필요로 합니다. 그 외에도 발사 루프 와 같은 지상 가속기 , 반응 엔진 스카이론(Reaction Engine Skylon) 과 같은 로켓 보조 항공기/우주비행기 , 스크램젯 추진 우주비행기, RBCC (Reaction Engines Skylon ) 추진 우주비행기 등이 제안되었습니다. 화물을 위한 건(gun) 발사 방식도 제안되었습니다.

2015년부터 SpaceX는 궤도 우주 비행 비용 절감을 위한 점진적인 접근 방식에서 상당한 진전을 보였습니다. 비용 절감 잠재력은 주로 재사용 가능한 로켓 부스터 단계와 Dragon 캡슐을 이용한 선구적인 추진 착륙 기술에서 비롯되지만, 탑재체 페어링 과 같은 다른 구성 요소의 재사용 및 SuperDraco 와 같은 더욱 효율적인 로켓 엔진을 제작하기 위한 초합금 의 3D 프린팅 사용 도 포함됩니다 . 이러한 개선의 초기 단계는 궤도 발사 비용을 10배까지 줄일 수 있습니다. ^{[ 4 ]}

고도 약 200km 미만의 궤도에 있는 물체는 대기 저항 으로 인해 불안정한 것으로 간주됩니다 . 위성이 안정적인 궤도(즉, 몇 달 이상 지속 가능)에 있으려면 350km가 저궤도 에 대한 보다 표준적인 고도입니다 . 예를 들어, 1958년 2월 1일 Explorer 1 위성은 근지점 358km(222마일)의 궤도로 발사되었습니다 . ^{[ 5 ]} 이 위성은 1970년 3월 31일 태평양 상공으로 대기권 재진입하기 전까지 12년 이상 궤도에 머물렀습니다 .

그러나 궤도에 있는 물체의 정확한 행동은 고도 , 탄도 계수 , 상층 대기의 높이에 영향을 줄 수 있는 우주 날씨 의 세부 사항에 따라 달라집니다.

우주 비행 에서 궤도 기동은 추진 시스템을 사용하여 우주선 의 궤도를 변경하는 것을 말합니다 . 지구에서 멀리 떨어진 우주선, 예를 들어 태양 궤도에 있는 우주선의 경우, 궤도 기동을 심우주 기동(Deep-Space Maneuver, DSM)이라고 합니다 .

귀환하는 우주선(잠재적으로 유인 우주선 포함)은 대기권 상층에 있는 동안 최대한 속도를 늦추고 지면에 충돌( 리소브레이킹 )하거나 타버리는 것을 피하는 방법을 찾아야 합니다. 많은 궤도 우주 비행의 경우, 초기 감속은 우주선의 로켓 엔진을 역화하여 궤도를 교란( 근지점을 대기로 낮춤)시켜 준궤도 궤적으로 만듭니다. 저궤도 의 많은 우주선 (예: 나노위성 또는 정지 연료가 고갈 되었거나 다른 이유로 작동하지 않는 우주선)은 대기 저항(공기 제동 )을 사용하여 초기 감속을 제공하여 궤도 속도에서 감속 문제를 해결합니다. 모든 경우에서 초기 감속으로 궤도 근지점이 중간권 으로 낮아지면 모든 우주선은 남아 있는 속도의 대부분을 잃고 따라서 공기 제동 의 대기 저항 효과로 인해 운동 에너지도 잃게 됩니다 .

의도적인 에어로브레이킹은 귀환 우주선의 방향을 대기압을 향해 방열판을 배치하여, 초음속 으로 대기를 통과할 때 발생하는 대기 압축 및 마찰로 인한 고온으로부터 우주선을 보호함으로써 달성됩니다 . 열에너지는 주로 압축을 통해 방출되는데, 이는 우주선 전방의 공기를 충격파로 가열하는 방식으로, 무딘 방열판 형태를 통해 우주선 내부로 유입되는 열을 최소화하기 위한 것입니다.

훨씬 낮은 속도로 진행되는 아궤도 우주 비행은 재진입 시 ^{[ 추가 설명 필요 ]} 열을 거의 발생시키지 않습니다 .

궤도를 도는 물체가 소모성이라 할지라도 대부분의 ^{[ 정량화 ]} 우주 당국 ^{[ 예시 필요 ]} 은 행성의 생명과 재산에 대한 위험을 최소화하기 위해 통제된 재진입을 추진하고 있습니다. ^{[ 인용 필요 ]}

• 스푸트니크 1호는 궤도 우주 비행에 성공한 최초의 인공 물체였습니다. 1957년 10월 4일 소련 에 의해 발사되었습니다 .
• 1961년 4월 12일 소련이 유리 가가린을 태우고 발사한 보스토크 1호 는 지구 궤도에 도달한 최초의 유인 우주 비행이었습니다.
• 1963년 6월 16일 소련이 발렌티나 테레시코바를 태우고 발사한 보스토크 6호는 여성 우주 비행사로서는 처음으로 지구 궤도에 도달하는 데 성공했습니다.
• SpaceX 와 미국이 2020년 5월 30일에 발사한 Crew Dragon Demo-2 는 민간 기업이 지구 궤도에 도달한 최초의 유인 우주 비행이었습니다.

• 우주 비행 수준: 아궤도 , 궤도, 행성 간 , 성간 및 은하 간
• 궤도 목록