무인 우주선

Uncrewed spacecraft
The uncrewed resupply vessel Progress M-06M
Galileo space probe, prior to departure from Earth orbit in 1989
Uncrewed spacecraft Buran launched, orbited Earth, and landed as an uncrewed spacecraft in 1988 (shown here at an airshow)
Model of James Webb Space Telescope
상단: 나사가 없는 재보급선 Progress M-06M(왼쪽).1989년 지구 궤도를 이탈하기 전 갈릴레오 우주 탐사선(오른쪽).
맨 아래:1988년 우주비행기 부란이 발사되어 지구 궤도를 돌고 무인 우주선으로 착륙했습니다(왼쪽).제임스 웹 우주 망원경 모형(오른쪽).
시리즈의 일부(on)
우주비행
역사
적용들
우주선
우주 발사
우주비행 유형
우주 기구 목록
우주비행 포탈

무인 우주선 또는 로봇 우주선은 사람이 탑승하지 않은 우주선입니다.무인 우주선은 사람의 입력에 따라 다양한 수준의 자율성을 가질 수 있습니다. 원격 제어, 원격 안내 또는 자율적일 수 있습니다. 사전에 프로그래밍된 작동 목록을 가지고 있으며, 별도의 지시가 없는 한 실행할 수 있습니다.과학적인 측정을 위한 로봇 우주선은 종종 우주 탐사선 또는 우주 관측소라고 불립니다.

많은 우주 임무들이 비용과 위험 요소들이 더 낮기 때문에 승무원이 탑승하는 것보다는 원격 로봇 운용에 더 적합합니다.게다가 금성이나 목성 근처와 같은 몇몇 행성의 목적지들은 현재의 기술로 볼 때 인간의 생존을 위해 너무 적대적입니다.토성, 천왕성, 해왕성과 같은 외부 행성들은 현재의 승무원 우주 비행 기술로 도달하기에는 너무 멀기 때문에, 망원경 탐사선들이 그것들을 탐사할 수 있는 유일한 방법입니다.텔레로보틱스는 우주선을 살균할 수 있기 때문에 지구 미생물에 의한 오염에 취약한 지역의 탐사도 가능합니다.인간은 수많은 미생물들과 공존하기 때문에 우주선과 같은 방식으로 살균될 수 없고, 이 미생물들은 우주선이나 우주복 안에 담기도 어렵습니다.

최초의 무인 우주 미션은 1957년 10월 4일 지구 궤도를 선회하기 위해 발사된 스푸트니크였습니다.거의 모든 위성, 착륙선, 탐사선은 로봇 우주선입니다.모든 무인 우주선이 로봇 우주선인 것은 아닙니다. 예를 들어, 반사경 공은 로봇 무인 우주선입니다.인간이 아닌 다른 동물들이 탑승하는 우주 임무는 무인 임무라고 불립니다.

많은 생명체가 살 수 있는 우주선들은 다양한 수준의 로봇 기능을 가지고 있습니다.예를 들어, 우주 정거장 살류트 7호와 미르호, 국제 우주 정거장 모듈 자리아호는 재공급 우주선과 새로운 모듈을 가지고 원격 유도 정거장 유지와 도킹 기동을 할 수 있었습니다.무인 재보급 우주선은 승무원이 탑승한 우주 정거장에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

역사

미국 국립항공우주박물관 스푸트니크 1호 복제품
익스플로러 1의 복제품

최초의 로봇 우주선은 1951년 7월 22일 소련(USR)에 의해 발사되었으며, 데지크와 치간 두 마리의 개를 태우고 궤도를 벗어난 비행을 했습니다.[1]1951년 가을까지 4번의 다른 비행이 이루어졌습니다.

최초의 인공위성 스푸트니크 1호는 1957년 10월 4일 소련에 의해 215x939km(116x507nmi)의 지구 궤도에 올려졌습니다.1957년 11월 3일, 소련은 스푸트니크 2호의 궤도를 돌았습니다.몸무게가 113킬로그램인 스푸트니크 2호는 최초의 동물인 라이카를 궤도로 운반했습니다.[2]이 위성은 발사체의 상단에서 분리되도록 설계되지 않았기 때문에, 궤도의 총 질량은 508.3 킬로그램 (1,121 파운드)이었습니다.[3]

소련과의 치열한 경쟁 속에서, 미국은 1958년 1월 31일 357 x 2,543 킬로미터 (193 x 1,373 nmi) 궤도에 첫 인공 위성인 익스플로러 1을 발사했습니다.탐험가 I은 길이 205cm, 지름 15.2cm, 무게 14.0kg의 원통으로, 58cm의 구체가 83.6kg의 스푸트니크 1과는 비교가 됩니다)의 구체로 무게는 83.6kg (184lb) 이었습니다.탐사선 1호에는 당시 주요 과학적 발견물이었던 밴앨런 벨트의 존재를 확인하는 센서가 실려 있었고, 스푸트니크 1호에는 과학적 센서가 실려 있지 않았습니다.1958년 3월 17일, 미국은 두 번째 위성 뱅가드 1호의 궤도를 돌았는데, 크기는 자몽 크기였으며 2016년 현재 670 x 3,850 km 궤도에 머물러 있습니다.

최초로 시도된 달 탐사선은 1958년 9월 23일 발사된 루나 E-1 1호입니다.달 탐사의 목표는 1959년 1월 4일 루나 1호가 달 주위를 돌고 태양 주위를 돌 때까지 계속해서 실패했습니다.

이러한 초기 임무들의 성공은 점점 더 야심찬 탐사로 미국과 소련 사이에 서로를 능가하기 위한 경쟁을 시작했습니다.매리너 2호는 1962년 금성의 극도로 뜨거운 온도를 과학자들에게 드러낸 다른 행성을 연구한 최초의 탐사선이었고, 소비에트 베네라 4호는 금성을 연구한 최초의 대기 탐사선이었습니다.매리너 4호의 1965년 화성 비행기는 구멍이 뚫린 표면의 첫 이미지를 찍었고, 소련은 몇 달 후 루나 9호의 표면 이미지로 대응했습니다.1967년, 미국의 서베이 3호는 2년 후 인간을 달에 착륙시킨 아폴로 11호의 임무에 결정적인 증거가 될 달의 표면에 대한 정보를 수집했습니다.[4]

최초의 성간 탐사선은 1977년 9월 5일 발사된 보이저 1호였습니다.2012년 8월 25일에 성간 우주에 진입하였고,[5] 2018년 11월 5일에 쌍둥이 보이저 2호가 발사되었습니다.[6]

다른 9개국은 자국의 발사체를 이용해 인공위성을 성공적으로 발사했습니다.프랑스(1965년),[7] 일본과[8] 중국(1970년),[9][10] 영국(1971년), 인도([11][15]1980년), 이스라엘([12]1988년),[13] 이란(2009년), 북한(2012년),[14] 한국(2022년).

텔레프레즌스

텔레로보틱스는 인간이 우주선을 실시간에 가깝게 조종할 수 있을 정도로 시간 지연이 짧을 때 텔레프레즌스가 됩니다.달의 광속 지연 시간이 2초라도 지구에서 원격 존재 탐사를 하기에는 너무 멀리 떨어져 있습니다.L1과 L2 위치는 원격 현장감 작동에 충분히 가까운 400밀리초의 왕복 지연을 허용합니다.원격 현존은 지구 궤도의 위성들을 지구로부터 수리하기 위한 방법으로 제안되기도 했습니다.2012년의 탐색 망원경 심포지엄에서는 이와 다른 주제들을 탐구했습니다.[16]

설계.

우주선 설계에서, 미국 공군은 비행체를 임무 탑재체와 버스(또는 플랫폼)로 구성할 것으로 생각합니다.이 버스는 물리적 구조, 열 제어, 전력, 자세 제어 및 원격 측정, 추적 및 명령을 제공합니다.[17]

서브시스템

JPL은 우주선의 "비행 시스템"을 하위 시스템으로 나눕니다.[18]여기에는 다음이 포함됩니다.

구조.

로봇 소행성 포획체에 접근하는 NASA의 오리온 우주선 삽화

물리적 백본 구조는

  • 우주선의 전반적인 기계적 무결성을 제공합니다.
  • 우주선 부품이 지지되고 발사 하중을 견딜 수 있도록 보장합니다.

데이터 취급

이를 명령 및 데이터 하위 시스템이라고도 합니다.종종 다음과 같은 책임이 있습니다.

  • 명령 시퀀스 저장소
  • 우주선 시계 유지하기
  • 우주선 원격측정 데이터 수집 및 보고(예: 우주선 상태)
  • 임무 데이터 수집 및 보고(예: 사진 이미지)

자세결정 및 통제

참고 항목:자세제어장치

이 시스템은 외부 교란-중력 구배 효과, 자기장 토크, 일사량 및 공기역학적 항력에도 불구하고 우주 공간에서 올바른 우주선의 방향 설정(태도)을 주로 담당합니다. 또한 안테나 및 태양열과 같은 이동 가능한 부품의 위치 조정이 필요할 수도 있습니다.[19]

진입, 하강, 착륙

통합 감지는 이미지 변환 알고리즘을 통합하여 즉각적인 이미지 랜드 데이터를 해석하고, 안전한 착륙을 방해할 수 있는 지형 위험을 실시간으로 감지 및 방지하며, 랜드마크 위치 지정 기법을 사용하여 원하는 관심 지점에 착륙하는 정확도를 높입니다.통합 감지 기능은 사전에 기록된 정보와 카메라에 의존하여 위치를 파악하고 정확한지, 수정이 필요한지 여부(현지화)를 판단함으로써 이러한 작업을 완료합니다.또한 카메라를 사용하여 연료 소비량이 증가하거나 분화구 또는 절벽 측면의 착륙 지점이 좋지 않아 착륙이 매우 이상적이지 않을 수 있는 물리적 위험을 감지합니다(위험 평가).

위험한 지형에서의 착지

로봇 우주선과 관련된 행성 탐사 임무에서, 안전하고 성공적인 착륙을 보장하기 위해 행성 표면에 착륙하는 과정에는 세 가지 핵심 부분이 있습니다.[20]이 과정에는 행성 중력장과 대기로의 진입, 해당 대기를 통해 과학적 가치가 있는 의도된/목표된 영역으로 하강하는 과정, 그리고 기구에 설치된 기구의 무결성을 보장하는 안전 착륙이 포함됩니다.로봇 우주선이 그러한 부분들을 통과하는 동안, 신뢰할 수 있는 조종과 잘 조종할 수 있는 능력을 보장하기 위해서는 표면과 비교하여 위치를 추정할 수 있어야 합니다.또한 로봇 우주선은 위험을 방지하기 위해 실시간으로 위험성 평가 및 궤도 조정을 효율적으로 수행해야 합니다.이를 달성하려면 로봇 우주선이 표면을 기준으로 어디에 위치하는지(국지화), 지형의 위험 요소로 작용할 수 있는 것(위험 평가), 우주선이 현재 어디로 향해야 하는지(위험 회피)에 대한 정확한 지식이 필요합니다.위치 측정, 위험 평가 및 회피를 위한 작동 능력이 없다면, 로봇 우주선은 안전하지 않게 되고 표면 충돌, 바람직하지 않은 연료 소비 수준 및/또는 안전하지 않은 기동과 같은 위험한 상황에 쉽게 진입할 수 있습니다.

전기통신

통신 서브시스템의 구성요소는 무선 안테나, 송신기 및 수신기를 포함합니다.이것들은 지구의 지상국이나 다른 우주선과 통신하는데 사용될 수 있습니다.[21]

전력

우주선의 전력 공급은 일반적으로 태양광 전지 또는 방사성 동위원소 열전 발전기에서 얻어집니다.서브시스템의 다른 구성 요소에는 전원을 저장하기 위한 배터리와 구성 요소를 전원에 연결하는 배전 회로가 포함됩니다.[22]

온도조절 및 환경으로부터의 보호

주요 기사 : 우주선 열제어

우주선은 종종 단열재로 온도 변동으로부터 보호됩니다.몇몇 우주선은 태양열로부터 추가적인 보호를 위해 거울과 햇빛 가리개를 사용합니다.그들은 또한 종종 미세한 유성체와 궤도 잔해로부터 보호가 필요합니다.[23]

추진력

주요 기사 : 우주선 추진

우주선 추진은 우주선이 추진력을 발생시켜 앞으로 나아가게 함으로써 우주를 여행할 수 있게 하는 방법입니다.[24]그러나, 단일 추진제, 쌍발 추진제, 이온 추진 등 하나의 보편적으로 사용되는 추진 시스템은 존재하지 않습니다.각각의 추진 시스템은 각각의 시스템이 각각의 장점과 단점을 가지고 있는 약간 다른 방식으로 추력을 생성합니다.그러나 오늘날 대부분의 우주선 추진은 로켓 엔진에 기반을 두고 있습니다.로켓 엔진 뒤에 있는 일반적인 생각은 산화제가 연료원을 만나면 폭발적인 에너지와 열 방출이 고속으로 일어나고 이것이 우주선을 앞으로 나아가게 한다는 것입니다.이것은 뉴턴의 제3법칙으로 알려진 하나의 기본적인 원리 때문에 일어납니다.뉴턴에 의하면, "모든 행동에는 동등하고 반대되는 반응이 있습니다."우주선의 뒤쪽에서 에너지와 열이 방출되면서 우주선이 앞으로 나아갈 수 있도록 가스 입자들이 밀려나고 있습니다.오늘날 로켓 엔진을 사용하는 주된 이유는 로켓이 가장 강력한 추진력의 형태이기 때문입니다.

단일추진제

추진 시스템이 작동하기 위해서는 보통 산화제 라인과 연료 라인이 있습니다.이런 식으로, 우주선의 추진력이 조절됩니다.그러나 단일 추진제 추진에서는 산화제 라인이 필요 없고 연료 라인만 필요합니다.[25]이것은 산화제가 연료 분자 자체에 화학적으로 결합되어 있기 때문에 작동합니다.그러나 추진 시스템이 제어되기 위해서는 촉매가 있어야만 연료의 연소가 발생할 수 있습니다.이것은 로켓 엔진을 더 가볍고, 더 싸고, 제어하기 쉽고, 더 신뢰할 수 있게 만들기 때문에 꽤 유리합니다.하지만, 그 화학물질은 제조, 저장, 운송에 매우 위험하다는 것이 단점입니다.

2중 추진제

2중 추진 시스템은 액체 추진제를 사용하는 로켓 엔진입니다.[26]이는 산화제와 연료 라인이 모두 액체 상태임을 의미합니다.이 시스템은 점화 시스템을 필요로 하지 않기 때문에 독특합니다. 두 액체는 서로 접촉하자마자 자발적으로 연소되어 우주선을 앞으로 밀어내는 추진력을 만들어냅니다.이 기술을 사용하는 데 있어 가장 큰 이점은 이러한 종류의 액체가 상대적으로 밀도가 높기 때문에 추진제 탱크의 부피가 작으므로 공간 효율이 증가하기 때문입니다.단점은 단일 추진체 추진 시스템의 단점과 동일합니다. 제조, 저장 및 운송에 매우 위험합니다.

이온

이온 추진 시스템은 전자 충격이나 이온의 가속에 의해 추력을 발생시키는 엔진의 한 종류입니다.[27]고에너지 전자를 추진체 원자(중성전하)로 발사함으로써 추진체 원자에서 전자를 제거하고 이를 통해 추진체 원자는 양전하를 띤 원자가 됩니다.양전하를 띤 이온은 고전압으로 작동하는 수천 개의 정확한 정렬된 구멍을 포함하는 양전하를 띤 그리드를 통과하도록 유도됩니다.그런 다음 정렬된 양전하 이온은 음전하 가속기 그리드를 통해 가속되어 이온의 속도를 초당 최대 40km(90,000mph)까지 가속합니다.양전하를 띤 이온의 운동량은 우주선을 앞으로 나아가게 하는 추진력을 제공합니다.이러한 추진력을 갖는 장점은 심우주 여행에 필요한 일정한 속도를 유지하는 데 믿을 수 없을 정도로 효율적이라는 것입니다.하지만 추력의 양이 극히 적고 작동을 위해서는 많은 전력이 필요합니다.

기계장치

기계적 부품은 발사 후 또는 착륙 전에 전개를 위해 이동해야 하는 경우가 많습니다.모터 사용 외에도 많은 일회성 움직임이 폭약 장치에 의해 제어됩니다.[28]

로봇 대 무인 우주선

로봇 우주선은 특정한 적대적 환경을 위해 특별히 설계된 시스템입니다.[29]특정 환경에 대한 사양으로 인해 복잡성과 기능이 크게 달라집니다.무인 우주선은 인력이나 승무원이 없는 우주선이며 자동(사람의 개입 없이 행동을 진행) 또는 원격 제어(사람의 개입 없이)에 의해 작동됩니다.'무인 우주선'이라는 용어는 이 우주선이 로봇이라는 것을 의미하지는 않습니다.

통제

로봇 우주선은 원격 측정법을 사용하여 획득한 데이터와 차량 상태 정보를 지구로 전파합니다.일반적으로 "원격 제어" 또는 "원격 로봇"이라고 불리지만, 스푸트니크 1호와 익스플로러 1호와 같은 최초의 궤도 우주선은 지구로부터 제어 신호를 받지 못했습니다.이 첫 번째 우주선 이후 곧, 지상에서 원격 조종이 가능하도록 명령 시스템이 개발되었습니다.빛의 이동 시간이 지구로부터의 신속한 결정과 제어를 방해하는 원격 탐사선에서는 자율성 향상이 중요합니다.카시니와 같은 더 새로운 탐사선들은Huygens와 Mars Experation Robers는 매우 자율적이고 장시간 동안 독립적으로 작동하기 위해 탑재된 컴퓨터를 사용합니다.[30][31]

우주 탐사선 및 관측소

자세한 정보:태양계 탐사선, 우주망원경, 우주선 목록

우주 탐사선은 지구의 궤도를 돌지 않고, 대신에 우주 공간으로 더 멀리 탐험하는 로봇 우주선입니다.우주 탐사선에는 다양한 과학 기구들이 탑재되어 있습니다.우주 탐사선은 달에 접근할 수도 있고, 행성간 우주를 여행할 수도 있고, 다른 행성체를 비행하거나, 궤도를 돌거나, 혹은 착륙할 수도 있습니다.우주 탐사선은 수집된 데이터를 지구로 보냅니다.우주 탐사선은 궤도선, 착륙선, 그리고 탐사선이 될 수 있습니다.우주 탐사선은 또한 목표물로부터 물질들을 모아 지구로 돌려보낼 수 있습니다.[32][33]

일단 탐사선이 지구 근처를 떠나면, 그것의 궤도는 지구의 궤도와 비슷한 태양 주위의 궤도를 따라 갈 것입니다.다른 행성에 도달하기 위한 가장 간단한 실용적인 방법은 호만 전이 궤도입니다.중력 새총과 같은 더 복잡한 기술은 더 연료 효율적일 수 있지만, 탐사선이 운송하는 데 더 많은 시간을 소비해야 할 수도 있습니다.일부 높은 Delta-V 임무(예: 높은 기울기 변화를 가진 임무)는 중력 새총을 사용하여 현대 추진력의 한계 내에서만 수행할 수 있습니다.매우 적은 추진력을 사용하지만 상당한 시간이 소요되는 기술은 행성간 운송 네트워크의 궤도를 따라가는 것입니다.[34]

우주 망원경 또는 우주 천문대는 우주 공간에 있는 망원경으로 천체를 관측하는 데 사용됩니다.우주망원경은 관측하는 전자기 복사의 여과와 왜곡을 피하고, 지상 관측소에서 마주치는 빛 공해를 방지합니다.그것들은 두 가지 유형으로 나뉩니다: 하늘 전체를 지도로 그리는 위성(천문조사)과 선택된 천체나 하늘의 일부와 그 너머에 초점을 맞추는 위성.우주 망원경은 기상 분석, 스파이 활동, 그리고 다른 종류의 정보 수집을 위해 적용되는, 위성 촬영을 위해 지구를 향하는 지구 영상 위성과 구별됩니다.

카고 우주선

자세한 정보:우주정거장 화물차량 비교
국제 우주 정거장에 재보급하기 위해 과거 또는 현재에 사용된 자동 화물 우주선의 집합체입니다.

화물 또는 재보급 우주선은 음식, 추진제 및 기타 보급품을 운반함으로써 우주 정거장의 운영을 지원할 수 있도록 특별히 설계된 로봇 우주선입니다.이것은 과학적 조사를 수행하는 임무를 가진 우주 탐사선과는 다릅니다.

1978년부터 자동화된 화물 우주선이 사용되었으며 살류트 6호, 살류트 7호, 미르호, 국제 우주 정거장, 톈궁 우주 정거장에 서비스를 제공했습니다.

2023년 현재, 국제 우주 정거장에 3개의 다른 화물 우주선이 사용되고 있습니다.러시안 프로그레스, 아메리칸 스페이스X 드래곤 2와 시그너스.중국의 톈저우는 톈궁 우주 정거장을 공급하는 데 사용됩니다.

참고 항목

참고문헌

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