발사 장의 위치와 발사 방위각이 결정되면 軌道線을 달에 보내기위한 대기 궤도 (Parking Orbit)가 결정되고, 달의 움직임을 고려하여 프로브를 달에 보내기위한 두 달 전에 투입 (Trans-Lunar Injection, TLI) 시작한다.
야구에 비교하면 투수가 공을 던져 볼 수있다. 던져진 공은 투수의 제구력에 따라 다양한 궤적을 형성하지만, 결과적으로 포수의 미트에 들어가게된다.
마찬가지로, 지구에서 달에 투입된 軌道線는 다양한 궤적 (직접 천이 궤적 위상 전이 궤적 약 안정 경계 궤적 등)를 통해 달에 도달하게된다.
야구에서는 투수가 어떻게 던졌다 포수가 공을 받고 있습니다 만, 한달에 포수가 없기 때문에 달 탐사선은 자신의 힘으로 속도를 줄일 달 궤도에 포획된다. 투수가 던지는 포수가받을 야구의 기본 인 것처럼, 달 탐사의 입장에서도 지구에서 달에 보내면 달에 도달 한 탐사선을 달 궤도에 안전하게 진입 할 수 달의 궤도 설계 가장 중요한 것이다.
달 탐사의 역사
미국은 인류 역사상 처음으로 1958 년 8 월 17 일 파이어 니어 0 호를 발사했다. 그러나 발사체 문제 프로브는 고도 16km 밖에 오르지 않았다. 약 1 개월 후 소련의 루나 E-1 No.1이 발사되었지만, 이것도 발사 실패 프로브는 달에 도달하지 않았다.
두 나라는 계속 달 탐사선 발사를 시도했고, 결국 소련은 1959 년 9 월 12 일 6 회 시도 끝에 인류 최초의 루나 2 호를 달에 충돌시키는 쾌거를 이루었다. 당시는 달에 도달하는 것 자체가 매우 어려운 기술 이었기 때문에 이날 소련의 우주 기술은 미국을 아뿌소게했다. 뿐만 아니라 소련은 바로 한 달 뒤인 10 월 4 일 인류 최초로 달의 뒷면을 촬영하여 지구로 전송 될 때까지했다.
달 궤도 진입에 성공한 소련은 즉시 임무를 착륙 변경했지만, 미국은 발사체 또는 위성체의 문제로 프로브를 달에 보내는 데 어려움을 경험하고 12 번의 시도 끝에 1964 년 1 월 30 일 레인저 6 호를 달에 충돌시키는 데 성공했다.
과거의 사례에서 알 수 있듯이, 외계의 날, 지구에서 달에 갈 수 그리고 달에 충돌하거나 달 궤도에 진입하는 것은 그리 쉬운 일이 아니었다.
왼쪽은 루나 (Luna) 2 호, 오른쪽은 레인저 (Ranger) 6 호 ⓒhttps : //www.historytoday.com,https : //en.wikipedia.org
지구–달 전이 궤적
일반적으로 직접 전이 궤적을 이용하여 프로브를 달에 보낼 경우, 하늘의 문은 매일 2 회 열린다. 나로 우주 센터에서 프로브를 발사하면 발사 방위각 제한에 프로브는 경사각이 높은 대기 궤도에 투입되는 것을 설명하고있다.
이는 하늘의 문이 열리는 첫 번째 기회는 아래 그림의 연두색 궤적에 프로브는 경사각이 매우 높다 “상승 출발 궤적」에서 달에 도달하게된다. “상승 출발 궤적」는 달 전에 투입 시작 후 그려진다 전이 궤적이 달의 궤도 평면 위를 지나는 궤적을 의미한다.
둘째 하늘의 문은 약 12 시간 후에 행해진 다음 그림의 노란색 궤적 프로브는 “하강 출발 궤적」에서 달에 도달하게된다.
그럼 뭐가 출발 궤적을 선택하는 것이 유리한가? 사실이 질문에 대한 답을하려면 궤적을 선택했을 때 요구되는 연료량 통신 요구 조건 식 (eclipse)의 요구 사항 등을 분석해야한다. 따라서 발사하려는 프로브의 요구 조건에 따라 다른 경로가 선택 될 수있다. 미국의 달 착륙선 프로젝트 인 아폴로 미션의 경우 월 북쪽의 위도에 위치 착륙 지 방문 할 경우 상승 출발 궤적」가 연료 소비를 줄일 수 있다고 말했다 수있다.
프로브의 지구 – 달 전이 궤도 ⓒ 최수진
달 궤도 진입(달 궤도 삽입 LOI)
지구에서 출발 한 달에 도달 한 프로브는 비행 속도가 비교적 빠르기 때문에 자연적으로 달 궤도에 포획되지 않는다. 비유한다면 투수가 던진 공은 아무리 약해 던지고 그 공이 굴러 들어 가지 않는 한 특정 속도 이상이 포수가 공을 받으면 그 속도만큼의 충격을 느끼게 될 것 같다.
야구와는 다르게 달에 탐사선을 잡을 포수가 없다. 따라서 프로브는 탑재 된 추진 시스템을 가동하여 자신이 달 중력장에 포획되도록 속도를 줄여야 및 이러한 시작을 달 궤도 진입 (LOI) 시작이라고 부른다. 달 軌道線의 경우 탑재 된 연료의 70 ~ 80 %가 달 궤도 진입 시작에 사용되므로이 시작 軌道線 임무의 성공에 직접 관련된다고 볼 수있다. 투수의 역할도 중요하지만, 軌道線이 달 궤도에 포획되기 때문에 포수의 역할도 중요하다는 것을 알 수있다.
달 궤도 진입 시작은 프로브가 가까운 워루죠무 (월 가장 가까운 지점)에 위치하는 시점 전후 열린다. 그러나 프로브는 달의 북쪽에 진입 한 경우 가까운 워루죠무는 북반구에 형성된 프로브는 달의 남쪽에 진입 한 경우 가까운 워루죠무는 남반구에 형성되는 것을 알 수있다.
그렇다면 지구에서 온 프로브는 달 중에 진입하는 것이 유리한가? 사실이 질문에 대한 대답은 지구 출발 궤적의 선택과 유사하다. 다만, 요구 된 연료량의 경우 월 중에 진입해도 차이는 거의없고, 달 착륙선의 경우 착륙 지역의 위도에 따라 한달에 진입하는 경로의 선택이 달라질 수 있습니다.
왼쪽은 북쪽으로 진입하는 경로, 오른쪽은 남쪽으로 진입하는 궤적 ⓒ 최수진
실제로 달 궤도 진입 시작을 실행하는 시점에서는 지구 지상국에서 프로브를 연속적으로 관측 할 수있을뿐만 아니라, 그 시작 이전과 이후는 식 (eclipse) 구간을 피해 프로브는 태양 에서 전력을 연속적으로 충전 할 수 있도록 궤적을 설계해야한다.
달 궤도 진입 시작은 발사 후 프로브를 운영하는 지상국의 입장에서 가장 긴장되는 순간이 될 것이다, 달 탐사의 문을 여는 시작점이라는 큰 의미가 있다는 것을 기억해야한다.
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