1. 상남자식 방법

달까지 가는 제일 쉽고빠른 방법은 뭘까

바로 다이렉트로 달까지 보내는거다

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아폴로는 유인우주선이기 때문에, 우주공간에서 많은 시간을 소모할수가 없었다

그러니까 그냥 상남자스럽게 달까지 다이렉트로 보내버림

물론 이렇게하면 빠른속도로 달에 접근하기때문에, 착륙을 위해서 감속을 해야하고, 필연적으로 많은 연료가 추가로 소모됨

이를 [직접전이궤적] 이라고 함

연료를 많이먹는것만 단점인가?

당연히 지구와 달이 가장 가까운 위치에 있을때를 발사일로 정해야하고, 발사시에 궤도수정에 어려움이 있게됨 ( 감속할 연료를 제외하고 남는 연료를 궤도수정에 사용해야하는데, 그러자니 연료배분이 힘들어짐)

미국도 아폴로 시작전에 서베이어호 계획을 통해서 여러번 발사시험을 통해서 경험치를 획득한뒤 실행했음

2.시간좀걸려도 돌아가자

사람이 없다면 우주에서 오래오래 걸려도 에코드라이빙 하면서 연료를 적게먹을수있으니까, 연료 적게먹는만큼 남는공간에 이것저것 (탐사장비 등등) 추가탑제가 가능하다

그래서 과학자들은 무인우주선을 보낼때는 대부분 달까지 돌아가는 방법을 선호하는데,

2-1 ) 위상전이궤적

지구에서 한번에 달까지 가려면 연료를 계속분사하면서 힘을 받아야하는데, 이중에 일부분을 지구관성으로 대신하는 방법임

천리안 위성이 [위상전이궤적] 을 사용하여 정지궤도에 진입하였는데 지구를 타원형으로 돌면서 빠져나가는 궤도를 사용함.

1) 주차궤도 라고 불리우는 관성궤도에 오른뒤에,

2)특정한 지점에서 연료분사를하여, 점점 궤적을 키움

3)3~5번정도 반복적으로 추진기를 가동하면, 점점 높은궤도에 오를수있음

달까지는 1~2개월 정도가 소요되고 돌아가는 길중에서는 가장 짧은길임

원래 한국형달탐사체인 다누리는 이 방식을 사용하여 달에 갈 예정이였으나, 추후에 서술할 이유때문에 변경되었음

2-2 ) WSB 전이궤적

여기서 서술할 내용이 왜 '다누리'는 달까지 가는 방식을 변경하였는가? 에 대해서 먼저 알아봐야함

다누리에 탑제가능한 연료량은 정해져있는데, 탐사선 설계과정에서 무게가 늘어나면서 기존에 탑제된 연료량으로는 달에서 임무기간을 줄여야하는 상황이 되어버림

해결하려면 

1) 달까지가는데 필요한 연료량을 줄인다

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2) 탐사선을 처음부터 다시만든다

2번을 고르자니 이미 개발단계가 너무많이 진행되어서 1번) 달까지 가는데 필요한 연료량을 줄인다 > 조금 더 돌아가지만 기름 덜먹는 길로 가자 가 된거임

여기서 탐사선에 변경사항이, 미국에 아르테미스 계획에 참가하게되면서 달 표면을 탐사하는 음영카메라를 탑제하게되었는데,

이거 달고보니까 너무무거워서 결국은 궤도수정하면서 wsb궤도를 사용해본적없는 우리나라연구진에게 nasa가 어느정도 도움을 주었고, 그것을 바탕으로 우리나라는 nasa에서도 해본적없는 약간의 궤도수정을 거치게됨

그래서 WSB 전이궤적이 뭐냐고? 

우선 탐사선을 달방향이 아닌, 태양쪽으로 날려줌

그뒤에 지구와 태양사이에 중력이 평형을 이루는 지점 (라그랑주 포인트 중 L1) 이 있는데, 여기에서는 우주선에 아주 작은힘으로도 궤적을 크게 변화시킬수 있어서

여기서 태양의 중력을 잘 이용하면 궤적을 크게 변화시켜서 달에 도착할때 속도를 엄청 효과적으로 줄일수있음

그래서 이 방법의 이름이 WSB (Weak Stability Boundary) 인거임

사실 이 방식은 nasa에서 2011년에 그래일 이라는 쌍둥이 달 탐사선에 사용한 방식이였는데, 다누리는 이것보다 살짝 도전적인 방식으로 

(그래일 탐사선의 궤적)

(다누리의 예상궤적)

지구의 L1 포인트에 이른 탐사선에 약간의 추력을 준 담에 태양의 섭동력을 사용해 달쪽으로 방향을 틀고

지구와 달 사이에 존제하는 라그랑주 지점 L2 주변을 비행하게됨 (그레일 탐사선은 바로 달궤도에 진입하였음)

달이 지구의 남쪽에 있을때 이 평형점 주변에 들어가서 달과 같이 이동하는데 ( 달의 공전속도와 비슷하게 이동함 ) 

그렇게 달과 같이 지구를 돌아가 달이 지구의 북쪽에 위치할때 달 궤도에 최종 진입하는것이 마지막 단계임

L2점에서 달과 공전속도를 맞추고 달 궤도에 들어가기때문에 연구진들은 달 궤도 진입시에 필요한 감속에서 사용되는 연료를 더 아낄수 있을것으로 추정한다함

(달 궤도에 진입전에 라그랑주 지점 2 주변을 경유하여 달에 도착하는 궤적)

2-3 ) 나선전이궤적

(유럽 우주국의 스마트 1호)

2003년에 유럽연합은 스마트 1호를 발사했는데

스마트 1호는 다른 탐사선들과 다르게, 제논을 연료로 사용하는 이온추력방식으로 움직이는 탐사선이였음

이온추력기는 연비가 매우매우 좋은대신 추력이 매우매우 약하기때문에, 위에서 서술한 방식으로 달까지 가는것이 어려웠고

스마트 1호는 지구를 332번 공전한 뒤, 달 공전궤도에 들어갈수있었고 이 비행시간이 12개월정도 소요됨

이온출력기에서 나오는 매우 약한 출력때문에, 어쩔수없던 방식이긴 하지만 연료소모가 매우 적다는 장점덕분에

일본의 심우주 탐사선인 '하야부사' 에서 이온추진기를 사용하고있어서 한번 적어본내용임

사실 달까지 가는거는 지금 미국도 몇번을 재시도하고있을 정도로 무척 어려운일임

더군다나 처음 시도하는 대한민국 입장에서는 더 더욱 어려운 일이고

가끔 보름달이 뜰때면, 달까지 힘차게 나아가고있는 다누리를 응원해보는건 어떨까?