우주선
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1. 개요
우주선은 우주 공간에서 운용되는 장치로, 인공위성, 우주 탐사선, 유인 우주선 등 다양한 종류가 있다. 1944년 독일의 V-2 로켓이 최초로 우주 공간에 도달했으며, 1957년 소련의 스푸트니크 1호 발사로 우주 시대가 시작되었다. 우주선은 자세 제어, 유도, 항법, 통신, 전력, 온도 제어 등 다양한 구성 요소로 이루어져 있으며, 유인 우주선은 생명 유지 장치를 갖추고 있다. 현재는 스페이스X의 스타십과 같은 민간 우주 개발이 활발히 진행되고 있으며, 대한민국 역시 우주 개발에 힘쓰고 있다.
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- 우주선 - 상업용 궤도 운송 서비스
상업용 궤도 운송 서비스(COTS)는 NASA가 국제 우주 정거장(ISS)에 상업적인 화물 운송 서비스를 제공하고, 민간 기업의 우주 개발 참여를 장려하며, 우주 산업 경쟁력 강화 및 NASA의 우주 탐사 프로그램에 필요한 기술 개발과 비용 절감을 목표로 추진한 프로그램이다. - 우주선 - 우주 캡슐
우주 캡슐은 유인 우주 탐사를 위해 우주 비행사를 지구 궤도 또는 다른 천체로 수송하고 안전하게 귀환시키도록 개발된 탑승 공간으로, 초기에는 단일 비행사 수용을 위해 설계되었으나 현재는 다중 승무원 및 무인 화물 수송용으로 발전하여 다양한 형태로 운용되고 있다.
| 우주선 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 우주 공간에서 비행하도록 설계된 차량 또는 기계 |
| 유형 | |
| 무인 우주선 | 인공위성 우주 탐사선 화물 우주선 |
| 유인 우주선 | 아폴로 달 착륙선 우주 캡슐 우주왕복선 우주 정거장 우주비행기 |
| 용도 | |
| 응용 분야 | 통신 지구 관측 우주 탐사 간첩 행위 군사 항법 정착 망원경 우주 관광 |
| 탐사 역사 | |
| 탐사 임무 | 우주 탐사선 달 임무 화성 임무 |
| 최초 달 착륙 | 50년 이상 만에 미국 우주선 오디세우스 달 착륙 |
| 최초 달 뒷면 착륙 | 중국 창어 6호 탐사선 달 뒷면 착륙 |
| 달 착륙 국가 | 러시아 미국 일본 중국 인도 |
| 발사 관련 | |
| 발사 장소 | 우주 기지 |
| 발사대 | 발사대 |
| 발사 시스템 | 일회용 재사용 발사체 |
| 탈출 속도 | 탈출 속도 |
| 비 로켓 발사 | 비 로켓 우주 발사 |
| 궤도 및 여행 | |
| 우주 비행 유형 | 준궤도 궤도 행성간 항성간 은하간 |
| 우주 관련 조직 | |
| 정부 우주 기관 | 우주 기관 |
| 우주군 | 우주군 |
| 민간 우주 비행 회사 | 회사 |
| 추가 정보 | |
| 대기권 밖 인공물 | 대기권 밖으로 나가는 모든 인공물 |
| 인공 위성 발사 관련 | 타이완의 미사일 기술을 이용한 마이크로위성 발사 계획 |
2. 역사
우주기는 대기권 밖(우주 공간)에서 사용하도록 설계된 인공 물체를 통칭하는 말로, 영어 "spacecraft"를 일본어로 번역한 것이다. 무인기와 유인기를 모두 포함하며, 유인기는 보통 "우주선"이라고 불리고 우주정거장도 유인기에 포함된다. 무인기에는 인공위성, 인공행성, 우주탐사선 등이 있다.
우주기는 통신, 지구 관측, 기상학, 내비게이션, 우주 식민지, 행성 탐사, 사람이나 물자의 운반 등 다양한 용도로 사용된다. 우주기를 우주 공간까지 운반하는 추진 장치는 발사체(launch vehicle, LV)[39]라고 부르며 우주기와 구분된다.
궤도 상의 우주기는 일반적으로 스스로 추진하지 않지만,[40] 궤도 변경을 위해 추진 장치를 갖춘 것도 많다.
2. 1. 초기 역사
독일 V-2 로켓이 1944년 6월 독일 페네뮌데에서 고도 189km에 도달하면서 최초의 우주선이 되었다.[11] 스푸트니크 1호는 최초의 인공위성이었다. 1957년 10월 4일 소련이 타원형 저궤도(LEO)에 발사했다. 이 발사는 새로운 정치적, 군사적, 기술적, 과학적 발전을 가져왔다. 스푸트니크 발사는 단일 사건이었지만, 우주 시대의 시작을 알렸다.[12][13] 기술적 첫걸음으로서의 가치 외에도 스푸트니크 1호는 위성의 궤도 변화를 측정하여 상층 대기층의 밀도를 파악하는 데 도움이 되었다. 또한 전리층에서의 라디오 신호 분포에 대한 데이터를 제공했다. 위성의 더미 본체에 가압된 질소는 유성체 탐지를 위한 최초의 기회를 제공했다. 스푸트니크 1호는 국제 지구 물리 관측년 동안 1/5 발사대(현재 바이코누르 우주 기지에 위치)인 카자흐스탄 SSR(현재 바이코누르 우주 기지)의 5번째 튜라탐 발사장에서 발사되었다. 이 위성은 29000kph의 속도로 이동하여 96.2분 만에 궤도를 완료했으며, 20.005 및 40.002 MHz의 라디오 신호를 방출했다.스푸트니크 1호가 지구 궤도를 돌았던 최초의 우주선이었지만, 그 이전에 다른 인공 물체들이 국제 기구인 국제 항공 연맹이 우주 비행으로 간주하는 데 필요한 고도인 100km에 도달했다. 이 고도는 카르만 한계선이라고 한다. 특히 1940년대에는 V-2 로켓의 여러 차례의 시험 발사가 있었고, 그중 일부는 100km를 훨씬 넘는 고도에 도달했다.
2. 2. 유인 우주 비행의 시작
1944년 6월, 독일의 V-2 로켓이 페네뮌데에서 고도 189km에 도달하여 최초의 우주선이 되었다.[11] 1957년 10월 4일, 소련은 스푸트니크 1호를 타원형 저궤도(LEO)에 발사하여 최초의 인공위성이 탄생했다.[12][13] 이 발사는 우주 시대의 시작을 알렸으며, 새로운 정치적, 군사적, 기술적, 과학적 발전을 가져왔다.[12][13]스푸트니크 1호는 상층 대기층의 밀도를 파악하고, 전리층에서의 라디오 신호 분포 데이터를 제공했으며, 유성체 탐지를 위한 최초의 기회를 제공했다. 이 위성은 29000kph의 속도로 96.2분 만에 궤도를 완료했으며, 20.005 및 40.002 MHz의 라디오 신호를 방출했다.
스푸트니크 1호 이전에, 국제 항공 연맹이 우주 비행으로 간주하는 고도인 100km(카르만 한계선)에 도달한 인공 물체들이 있었다. 특히 1940년대 V-2 로켓의 여러 차례의 시험 발사 중 일부는 100km를 훨씬 넘는 고도에 도달했다.
2. 3. 냉전 시대의 우주 경쟁
1944년 6월, 독일의 V-2 로켓이 페네뮌데에서 고도 189km에 도달하면서 최초로 우주선이 되었다.[11] 1957년 10월 4일, 소련은 스푸트니크 1호를 타원형 저궤도(LEO)에 발사하여 최초의 인공위성이 되었다. 이 발사는 새로운 정치적, 군사적, 기술적, 과학적 발전을 가져왔으며, 우주 시대의 시작을 알렸다.[12][13]
스푸트니크 1호는 위성의 궤도 변화를 측정하여 상층 대기층의 밀도를 파악하고, 전리층에서의 라디오 신호 분포에 대한 데이터를 제공하는 데 기여했다. 또한, 위성 본체에 가압된 질소는 유성체 탐지를 위한 최초의 기회를 제공했다. 스푸트니크 1호는 국제 지구 물리 관측년 동안 카자흐 SSR(현재 바이코누르 우주 기지)의 5번째 튜라탐 발사장에서 발사되었다. 이 위성은 29000kph의 속도로 이동하여 96.2분 만에 궤도를 완료했으며, 20.005 및 40.002 MHz의 라디오 신호를 방출했다.
스푸트니크 1호 이전에, 국제 항공 연맹이 우주 비행으로 간주하는 고도인 100km (카르만 한계선)에 도달한 인공 물체들이 있었다. 특히 1940년대 V-2 로켓의 여러 차례의 시험 발사 중 일부는 100km를 훨씬 넘는 고도에 도달했다.
2. 4. 냉전 이후의 우주 개발
3. 유형
우주선은 크게 유인 우주선과 무인 우주선으로 나뉜다. 유인 우주선은 사람을 태우는 것을 전제로 하며, 우주선과 우주정거장 등이 이에 해당한다. 무인 우주선은 사람을 태우지 않으며, 인공위성, 인공행성, 우주탐사선 등이 있다.
인공위성은 지구나 다른 행성의 궤도를 도는 우주선이다. 궤도상의 유인 우주선이나 우주정거장도 통계적으로는 인공위성으로 취급된다.[40] 인공행성은 태양 궤도를 도는 우주선으로, 행성 탐사선이나 일부 우주 망원경 등이 이에 해당한다.
탄도 궤도를 비행하는 탄도 비행체는 관측 로켓, 탄도 미사일 등이 있으며, 성간 공간을 향하는 우주선으로는 파이오니아와 보이저 등이 있다.
3. 1. 유인 우주선
2016년 기준으로, 유인 우주선을 발사한 국가는 소련/러시아, 미국, 중국 세 나라뿐이다. 최초의 유인 우주선은 1961년 소련의 유리 가가린을 우주로 보낸 보스토크 1호였다. 보스토크 우주선을 사용한 유인 임무는 다섯 번 있었다.[14] 두 번째 유인 우주선은 ''프리덤 7''로, 1961년 미국 앨런 셰퍼드를 187km 고도까지 준궤도 우주 비행을 수행하였다. 머큐리 우주선을 사용한 유인 임무도 다섯 번 있었다.소련의 유인 우주선으로는 보스호드, 존드/L1, L3로 발사된 소유즈, TKS, 살류트와 ''미르'' 우주 정거장이 있다. 미국의 유인 우주선으로는 제미니 우주선, 아폴로 우주선(아폴로 달 착륙선 포함), 스카이랩 우주 정거장, 우주왕복선(유럽 스페이스랩, 미국의 민간 스페이스해브 우주 정거장 모듈 포함), 스페이스X의 드래곤 2 크루 드래곤이 있다. 보잉의 CST-100 스타라이너는 개발 및 발사되었지만, 유인 비행은 아직 이루어지지 않았다. 중국은 서광을 개발했지만 발사하지 않았고, 선저우를 사용하고 있다(최초 유인 임무는 2003년).
부란 우주왕복선(단 한 번의 무인 시험 비행)과 우주왕복선을 제외하고, 회수 가능한 모든 유인 궤도 우주선은 우주 캡슐이었다.
2000년대 이후에는 오라이온이나 드래곤 2와 같이 캡슐형 우주선도 재사용을 한다. 우주왕복선은 지상과 궤도를 반복 왕복하는 유인 우주선으로, 미국의 스페이스셔틀이 대표적이었으나 현재는 퇴역하였다. 우주 정거장은 장기간 우주 체류 시설이며, 국제 우주 정거장은 여러 국가의 합작 프로젝트이다.
3. 1. 1. 캡슐형 우주선
캡슐형 우주선은 일회용을 전제로 하는 유인 우주선이다. 미국, 러시아(소련), 유럽, 중국 등에서 널리 사용되고 있다. 러시아(소련)의 소유즈와 미국의 아폴로 사령선·기계선이 대표적이다. 미국에서는 한때 스페이스셔틀이 사용되면서 캡슐형이 사용되지 않았지만, 이후 셔틀은 비용과 안전성 문제로 폐기되고 캡슐형이 재평가되어 오라이온이 선택되었다.[41]2000년대 이후에 설계된 오라이온이나 드래곤 2는 캡슐형이라도 재사용을 하고 있다.
3. 1. 2. 우주왕복선
우주왕복선은 비행기처럼 생긴 모양과 기능을 하는 우주선이다. 최초의 예로는 1960년대에 100km 이상에 도달하는 유인 비행을 두 차례 수행한 노스아메리칸 X-15가 있다. 이 최초의 재사용 가능한 우주선은 1963년 7월 19일 아궤도 궤적에 따라 공중 발사되었다.최초의 재사용 가능한 궤도 우주왕복선은 우주왕복선 궤도선이었다. 우주 비행을 한 최초의 궤도선인 우주왕복선 ''컬럼비아''호는 유리 가가린의 비행 20주년인 1981년 4월 12일에 미국에 의해 발사되었다. 우주왕복선 시대 동안 여섯 대의 궤도선이 건조되었으며, 모두 대기권에서 비행했고 그중 다섯 대는 우주에서 비행했다. ''엔터프라이즈''호는 접근 및 착륙 시험에만 사용되었으며, 보잉 747 SCA의 뒤쪽에서 발사되어 에드워즈 공군기지, 캘리포니아주에서 활주 착륙을 했다. 우주로 처음 비행한 우주왕복선은 ''컬럼비아''호였으며, 그 뒤를 ''챌린저''호, ''디스커버리''호, ''아틀란티스''호, 그리고 ''인데버''호가 이었다. ''인데버''호는 1986년 1월 소실된 ''챌린저''호를 대체하기 위해 건조되었다. ''컬럼비아''호는 2003년 2월 재진입 중 파괴되었다.
최초의 자율 재사용 가능한 우주왕복선은 ''부란''급 셔틀로, 1988년 11월 15일 소련이 발사했지만, 무인 비행 한 번만 수행했다. 이 우주왕복선은 승무원을 위해 설계되었고 미국의 우주왕복선과 매우 유사했지만, 분리 보조 로켓은 액체 추진제를 사용했고 주 엔진은 미국 셔틀의 외부 연료 탱크가 있는 부분의 바닥에 위치해 있었다. 소련 해체로 인해 복잡해진 자금 부족으로 인해 부란의 추가 비행은 이루어지지 않았다. 이후 우주왕복선은 필요시 자율 재진입을 허용하도록 수정되었다.
우주탐사 비전에 따라 우주왕복선은 노후화와 비행당 10억달러가 넘는 높은 프로그램 비용으로 인해 2011년에 퇴역했다. 셔틀의 유인 수송 역할은 스페이스X의 스페이스X 드래곤 2와 보잉의 CST-100 스타라이너가 대체할 예정이다. 드래곤 2의 최초 유인 비행은 2020년 5월 30일에 이루어졌다.[30] 셔틀의 중화물 수송 역할은 우주발사시스템과 ULA의 벌컨 로켓과 같은 소모성 로켓과 상업용 발사체가 대체할 예정이다.
스케일드 컴포지트의 스페이스십원은 2004년에 연속 비행으로 조종사 마이크 멜빌과 브라이언 비니를 태워 안사리 X 프라이즈를 수상한 재사용 가능한 아궤도 우주왕복선이었다. 더 스페이스십 컴퍼니는 후속 모델인 스페이스십투를 제작했다. 버진 갤럭틱이 운영하는 스페이스십투 함대는 2014년에 유료 승객을 태운 재사용 가능한 민간 우주비행을 시작할 계획이었지만, VSS ''엔터프라이즈'' 추락 사고 이후 연기되었다.
우주왕복선은 퇴역한 재사용 가능한 저궤도 발사 시스템이다. 낙하산으로 착륙하여 바다에서 회수되는 재사용 가능한 고체로켓 부스터 2개로 구성되었으며, 미항공우주국 (NASA)의 SLS 로켓이 등장하기 전까지는 이것이 역사상 가장 강력한 로켓 엔진이었다. 이 부스터의 이륙 추력은 2800000lbf였으며, 이후 3300000lbf로 증가했다.[31] 연료는 PBAN과 APCP의 조합이었다. 우주왕복선 궤도선에는 액체 산소/액체 수소 추진제 조합을 사용하는 RS-25 엔진 3개가 장착되어 있었고, 밝은 주황색의 일회용 우주왕복선 외부 연료탱크에서 연료를 공급받았다. 궤도선은 우주왕복선으로, NASA의 케네디 우주센터에서 발사되어 주로 케네디 우주센터에 있는 셔틀 착륙 시설에 착륙했다. 캘리포니아주에 있는 두 번째 발사장인 반덴버그 우주 발사 시설 6도 우주왕복선 발사를 위해 개조되었지만, 실제로 사용되지는 않았다. 이 발사 시스템은 약 29ton의 화물을 동쪽 저궤도로 운반할 수 있었다. 각 궤도선의 무게는 약 78ton였지만, 궤도선마다 무게와 탑재량이 달랐다. ''컬럼비아''호가 가장 무거웠고, ''챌린저''호는 ''컬럼비아''호보다 가벼웠지만 다른 세 궤도선보다는 무거웠다. 궤도선 구조는 대부분 알루미늄 합금으로 만들어졌다. 궤도선에는 승무원 7명을 위한 좌석이 있었지만, STS-61-A 임무에서는 8명의 승무원이 탑승했다. 궤도선에는 너비 4.6m, 길이 18m의 탑재칸이 있었고, 15.2m 길이의 캐나다암1도 장착되어 있었다. 이 장비의 업그레이드 버전은 국제 우주 정거장에 사용되고 있다. 궤도선의 열 차폐막(또는 열 보호 시스템)은 대기권 재진입 시의 극한 고온과 우주의 혹한으로부터 궤도선을 보호하기 위해 사용되었으며, 재진입 시 특정 부위가 받는 열량에 따라 재질이 달랐다. 열량은 1600°C를 넘는 곳에서 370°C 미만의 곳까지 다양했다. 궤도선은 수동으로 조종되었지만, 운영 중에 자동 착륙 시스템이 추가되었다. 궤도선에는 궤도 기동 시스템(Orbital Manoeuvring System)이라는 궤도 기동 시스템이 있었는데, 이 시스템은 모노메틸히드라진 (MMH)과 사산화이질소라는 과산화수소 추진제를 사용하여 궤도 진입, 궤도 변경, 궤도 이탈 연소에 사용되었다.
우주왕복선의 목표는 발사 비용을 획기적으로 줄이는 것이었지만, 실제로는 비슷한 일회용 발사체보다 훨씬 비쌌다. 이는 비싼 정비 비용과 외부 연료탱크가 일회용이었기 때문이다. 착륙 후에는 SRB와 궤도선의 많은 부품을 분해하여 검사해야 했는데, 이 과정은 길고 힘들었다. 게다가 RS-25 엔진은 몇 번의 비행마다 교체해야 했다. 열 차폐 타일 각각은 궤도선의 특정 위치에 장착해야 했기 때문에 복잡성이 더욱 증가했다. 게다가 우주왕복선은 손으로 쉽게 긁어낼 수 있을 정도로 취약한 열 차폐 타일 등 다소 위험한 시스템이었고, 많은 비행에서 손상되는 경우가 잦았다. 1981년부터 2011년까지 30년간 운영되면서 135회의 비행을 마친 우주왕복선은 유지 비용 때문에 퇴역했고, 남은 3대의 궤도선(나머지 2대는 사고로 파괴됨)은 박물관에 전시되도록 준비되었다.
지상과 궤도를 반복해서 왕복하는 유인 우주선이다. 또는 발사체(LV)나 부스터를 포함한 시스템 전체를 가리키기도 한다. 시스템 전체 또는 일부의 재사용을 전제로 하며, 일반적으로 귀환을 위한 날개를 갖춘다. "재사용형 우주왕복선"(RLV), "재사용형 우주수송시스템" 등으로도 불린다. 미국의 스페이스셔틀이 대표적이다. 좁은 의미로는 우주왕복기는 포함하지 않는다.[41] 부스터를 사용하지 않는 단일단계 우주왕복선(SSTO)도 연구되고 있지만, 기술적인 면에서 과제가 크다.
3. 1. 3. 우주 정거장
우주 정거장은 장기간 체류하기 위한 것으로, 일반적으로 행성이나 위성 근처의 궤도상에 위치한다. 2000년 11월부터 유인 우주선이 운영되고 있는 국제 우주 정거장은 러시아, 미국, 캐나다 및 다른 여러 국가의 합작 프로젝트이다.[14]3. 2. 무인 우주선
무인 우주선은 사람이 탑승하지 않은 우주선이다. 인간의 조작 개입 정도에 따라 다양한 수준의 자율성을 가질 수 있는데, 원격 조종, 원격 유도, 자율 주행 방식 등이 있다. 자율 주행 방식은 별도의 지시가 없는 한 사전에 프로그래밍된 작업 목록에 따라 작동한다.[40]많은 우주 임무는 비용과 위험을 줄이기 위해 유인 우주선보다 원격 조종 방식을 선호한다. 금성이나 목성 주변처럼 인간이 생존하기 어려운 환경이거나, 토성, 천왕성, 해왕성과 같이 현재 기술로는 유인 우주선이 도달하기 너무 먼 외행성의 경우 원격 조종 탐사선이 유일한 탐사 방법이다. 또한 원격 조종 방식은 지구 미생물에 의한 오염을 막을 수 있어, 오염에 취약한 지역 탐사에 유리하다. 우주선은 살균이 가능하지만, 인간은 수많은 미생물과 공존하므로 살균이 어렵고, 미생물을 우주선이나 우주복 안에 가두는 것도 어렵기 때문이다.[40] 달, 행성, 태양, 혜성, 소행성 등 다양한 태양계 천체를 연구하기 위해 여러 우주 탐사선이 발사되었다.[40]
무인 우주선의 한 종류로 우주 망원경이 있다. 우주 망원경은 우주 공간에서 천체를 관측하는 망원경이다. 1968년 미국의 OAO-2와 1971년 살류트 1호 우주 정거장에 탑재된 소련의 오리온 1 자외선 망원경이 최초로 운영된 우주 망원경이다. 우주 망원경은 전자기파의 필터링과 왜곡(섬광)을 피하고, 지상 관측소가 겪는 광공해를 피할 수 있다는 장점이 있다. 허블 우주 망원경과 제임스 웹 우주 망원경이 대표적인 우주 망원경이다.[40]
3. 2. 1. 인공위성
인공위성은 지구 또는 다른 행성의 궤도를 도는 우주기이다. 궤도상의 유인 우주선이나 우주정거장도 통계적으로는 인공위성으로 취급된다.[40]통신위성은 인공위성의 일종으로, 트랜스폰더를 통해 라디오 통신 신호를 중계 및 증폭하여 지구상의 서로 다른 위치에 있는 송신기와 수신기 사이에 통신 채널을 만든다. 통신위성은 텔레비전, 전화, 라디오, 인터넷 및 군사 용도로 사용된다.[25] 많은 통신위성은 정지궤도에 위치하며, 적도 상공 약 약 35888.28km 고도에서 지구의 자전 속도와 동일하게 공전하여 지상에서 볼 때 하늘의 같은 지점에 정지해 있는 것처럼 보인다. 따라서 지상국의 위성 안테나는 그 지점을 영구적으로 향하게 할 수 있으며 위성을 추적하기 위해 움직일 필요가 없다. 다른 위성들은 저궤도에 위성 집단을 이루어 운영되는데, 이 경우 지상의 안테나가 위성의 위치를 따라가고 위성 간에 자주 전환해야 한다.
통신 링크에 사용되는 고주파 전파는 시선으로 이동하므로 지구의 곡면에 의해 차단된다. 통신위성의 목적은 지구 곡면을 따라 신호를 중계하여 멀리 떨어진 지리적 지점 간의 통신을 가능하게 하는 것이다.[26] 통신위성은 다양한 라디오 및 마이크로파 주파수를 사용한다. 신호 간섭을 피하기 위해 국제기구는 특정 기관이 사용할 수 있는 주파수 범위 또는 "대역"에 대한 규정을 마련하고 있다. 이러한 대역 할당은 신호 간섭 위험을 최소화한다.[27]
3. 2. 2. 우주 탐사선
천체를 탐사하기 위해 발사되는 로봇 우주선이다. 착륙선과는 행성 표면이나 대기가 아닌, 우주 공간에서 작동한다는 점에서 구분된다. 로봇이기 때문에 비싸고 무거운 생명 유지 시스템이 필요 없다. 따라서 더 가볍고 저렴한 로켓을 사용할 수 있다. 우주 탐사선은 태양계의 모든 행성과 명왕성을 방문했으며, 파커 태양 탐사선은 가장 가까운 지점에서 태양의 채층에 있는 궤도를 돌고 있다. 태양계를 탈출하고 있는 우주 탐사선은 보이저 1호, 보이저 2호, 파이오니어 10호, 파이오니어 11호, 뉴 호라이즌스로 총 다섯 대가 있다.보이저 프로그램의 보이저 탐사선 두 대는 무게가 721.9kg이며,[28] 1977년에 발사되었다. 당시 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 드문 정렬을 이용하여 단일 임무로 네 행성을 모두 방문하고, 중력도움을 이용해 각 목표지점에 더 빨리 도달할 수 있었다. 탐사선을 발사한 로켓(타이탄 IIIE)은 탐사선을 토성 궤도까지 보낼 수 없었지만, 2023년 기준으로 ''보이저 1호''는 약 17km/s의 속도로, ''보이저 2호''는 약 15km/s의 속도로 이동하고 있다. 2012년에 ''보이저 1호''가 태양권을 벗어났고, 이어 2018년에 ''보이저 2호''가 태양권을 벗어났다. ''보이저 1호''는 ''보이저 2호''보다 16일 늦게 발사되었지만, ''보이저 2호''가 천왕성과 해왕성을 방문하는 더 긴 경로를 선택했기 때문에 목성에 더 빨리 도착했다. 반면 ''보이저 1호''는 천왕성이나 해왕성을 방문하지 않고 토성의 위성인 타이탄을 지나쳤다. 2023년 8월 기준으로 ''보이저 1호''는 160 천문단위를 지났으며, 이는 지구보다 태양에서 160배 이상 멀리 떨어져 있음을 의미한다. 이로써 ''보이저 1호''는 태양에서 가장 멀리 떨어진 우주선이 되었다. 2023년 8월 기준으로 ''보이저 2호''는 태양에서 134 AU 떨어져 있다. NASA는 탐사선의 거리와 우주선의 우주선 방사선 검출기의 데이터를 실시간으로 제공한다.[29] 탐사선의 전력 출력 감소 및 RTG의 성능 저하로 인해, NASA는 전력을 절약하기 위해 특정 장비를 작동 중지해야 했다. 탐사선은 2020년대 중반 또는 2030년대까지 일부 과학 장비를 작동할 수 있을 것이다. 2036년 이후에는 심우주통신망의 통신 범위를 벗어날 것이다.
3. 2. 3. 화물 우주선
화물 우주선은 식량, 추진제 및 기타 보급품을 운송하여 우주 정거장의 운영을 지원하는 등 특별히 화물을 운반하도록 설계된 로봇 우주선이다.자동화 화물 우주선은 1978년부터 사용되었으며 살류트 6호, 살류트 7호, 미르, 국제 우주 정거장 및 톈궁 우주 정거장에 서비스를 제공해왔다.
2023년 현재, 국제 우주 정거장에 보급품을 공급하는 데 사용되는 화물 우주선은 러시아의 ''프로그레스'', 미국의 스페이스X 드래곤 2 및 시그너스가 있다. 중국의 ''톈저우''는 톈궁 우주 정거장에 보급품을 공급하는 데 사용된다.
4. 구성 요소
우주선은 임무 수행을 위해 다양한 하위 시스템으로 구성된다. 이러한 하위 시스템에는 자세 결정 및 제어(ADAC, ADC 또는 ACS), 유도, 항법 및 제어(GNC 또는 GN&C), 통신(comms), 명령 및 데이터 처리(CDH 또는 C&DH), 전력(EPS), 열 제어(TCS), 추진 및 구조 등이 포함될 수 있다. 일반적으로 이러한 시스템들은 위성 버스에 장착되며, 탑재체가 부착된다.
; 생명 유지 장치
유인 우주선의 경우 승무원의 생존을 위한 생명 유지 장치가 필수적으로 포함되어야 한다.
; 자세 제어
우주선은 우주 공간에서 올바른 방향을 유지하고 외부 힘에 적절히 반응하기 위해 자세 제어 하위 시스템이 필요하다. 이 시스템은 반응 휠이나 소형 로켓 추력기를 사용하며, 센서와 액추에이터, 그리고 제어 알고리즘으로 구성된다. 자세 제어 하위 시스템은 과학적 목표를 위한 정밀 조준, 태양 전지판의 태양 추적, 통신을 위한 지구 추적 등을 가능하게 한다.
; GNC
유도(GNC)는 우주선을 원하는 위치로 이동시키는 데 필요한 명령을 계산하는 것을 의미한다. 항법은 우주선의 궤도 요소 또는 위치를 결정하는 것이며, 제어는 임무 요구 사항에 맞게 우주선의 경로를 조정하는 것을 의미한다.
; 명령 및 데이터 처리
C&DH 하위 시스템은 통신 하위 시스템으로부터 명령을 받아 유효성을 검사하고 해독하여, 적절한 우주선 하위 시스템 및 구성 요소에 명령을 전달한다. 또한, 다른 하위 시스템 및 구성 요소로부터 하우스키핑 데이터와 과학 데이터를 수신하여 데이터 레코더에 저장하거나 통신 하위 시스템을 통해 지상으로 전송하기 위해 데이터를 패키징한다. C&DH는 우주선 시계 유지 및 상태 모니터링 기능도 수행한다.
; 통신
무인 및 유인 우주선은 지상국 및 위성 간 통신을 위해 다양한 통신 시스템을 사용한다. 여기에는 우주 무선국과 광학 통신 기술이 포함된다. 일부 우주선 탑재체는 수신기/재송신기 전자 기술을 사용하여 지상-지상 통신을 목적으로 설계되기도 한다.
; 전력
우주선은 다양한 하위 시스템에 전력을 공급하기 위해 전력 생산 및 분배 시스템이 필요하다. 태양 근처의 우주선은 태양 전지판을 주로 사용하며, 목성과 같이 멀리 떨어진 곳에서 작동하는 우주선은 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)를 사용하기도 한다. 전력은 전력 조정 장비와 전력 분배 장치를 거쳐 전력 버스를 통해 다른 구성 요소로 전달된다. 배터리는 일반적으로 배터리 충전 조정기를 통해 버스에 연결되며, 식과 같이 기본 전력을 사용할 수 없는 기간 동안 전력을 공급한다.
; 열 제어
우주선은 지구 대기와 우주 환경을 견딜 수 있도록 설계되어야 한다. 진공 상태에서 수백 도의 섭씨 온도 범위에서 작동해야 하며, (재진입 시) 플라스마 환경에서도 작동해야 한다. 이를 위해 베릴륨, 강화 탄소 탄소, 텅스텐, 열차폐 탄소 탄소 복합재와 같이 높은 융점, 낮은 밀도 또는 높은 밀도를 가진 재료가 사용된다. 열 제어 하위 시스템은 특정 방사 특성을 가진 재료를 선택하여 수동적으로 제어하거나, 전기 히터와 루버와 같은 액추에이터를 사용하여 능동적으로 제어할 수 있다.
; 우주선 추진
우주선은 임무 프로필에 따라 추진 하위 시스템의 유무가 결정된다. '''스위프트''' 우주선은 추진 시스템이 없는 예시이다. 그러나 일반적으로 LEO 우주선은 고도 조정(항력 보정 기동) 및 경사각 조정 기동을 위한 추진 시스템을 포함한다. 추진 시스템은 운동량 관리 기동에도 필요하며, 연료, 탱크, 밸브, 파이프 및 추력기 등으로 구성된다. 열 제어 시스템은 추진 시스템 구성 요소의 온도를 모니터링하고, 우주선 기동을 준비하기 위해 탱크와 추력기를 예열한다.
; 구조
우주선은 발사체가 가하는 하중을 견디고, 다른 모든 하위 시스템을 부착할 수 있는 지지점 역할을 해야 한다. 임무 프로필에 따라 구조 하위 시스템은 다른 행성체의 대기 진입 및 착륙으로 인한 하중도 견뎌야 할 수 있다.
; 탑재체
탑재체는 우주선의 임무에 따라 달라지며, 과학 장비(예: 카메라, 망원경, 입자 검출기), 화물, 유인 승무원 등이 포함될 수 있다.
; 지상 구간
지상 구간은 기술적으로 우주선의 일부는 아니지만, 우주선 운영에 필수적이다. 일반적인 구성 요소로는 비행 운영팀이 우주선 운영을 수행하는 임무 운영 시설, 데이터 처리 및 저장 시설, 우주선과 신호를 주고받는 지상국, 그리고 모든 임무 요소를 연결하는 음성 및 데이터 통신 네트워크가 있다.[35]
; 발사체
발사체는 우주선을 지구 표면에서 대기를 지나 궤도로 올려보내는 역할을 한다. 궤도는 임무 구성에 따라 달라지며, 발사체는 소모성 또는 재사용 가능일 수 있다. 단일 단계 궤도 로켓의 경우 로켓 자체가 우주선으로 간주될 수 있다.
5. 현대의 우주 개발
(현대의 우주 개발에 대한 내용은 현재 제공되지 않았으므로, 이전 출력을 수정할 수 없습니다.)
5. 1. 기타
일부 우주선은 유인 및 무인 우주선으로 모두 운용될 수 있다. 예를 들어, 부란 우주왕복선은 자율적으로 운용될 수 있었고 수동 조종 장치도 갖추고 있었지만, 실제로는 승무원을 태우고 비행한 적이 없다.[15][16]다른 유인/무인 우주선으로는 스페이스X 드래곤 2,[17][18][19][20] 드림 체이서,[21][22] 그리고 톈저우가 있다.[23][24] 일부 우주선은 일반적인 우주선 분류에 명확히 속하지 않는다.
6. 우주선 기록
- 헬리오스 1호와 2호 ''태양 탐사선'' (252792km/h)
- 파커 태양 탐사선 (최초의 태양 근접 통과 시 약 343000km/h, 최종 근일점에서는 700000km/h에 도달할 것으로 예상)[36]
| 우주선 | 거리 (2022년 4월 기준) | 속도 (AU/yr) |
|---|---|---|
| 보이저 1호 | 156.13 AU | 약 3.58AU/yr |
| 보이저 2호 | 122.82 AU (2020년 1월 기준) | 약 3.24AU/yr |
| 파이오니어 10호 | 122.48 AU (2018년 12월 기준) | 약 2.52AU/yr |
| 파이오니어 11호 | 101.17 AU (2018년 12월 기준) | 약 2.37AU/yr |
참조
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BREAKING: On May 27, @NASA will once again launch American astronauts on American rockets from American soil! With our @SpaceX partners, @Astro_Doug and @AstroBehnken will launch to the @Space_Station on the #CrewDragon spacecraft atop a Falcon 9 rocket. Let's #LaunchAmerica pic.twitter.com/RINb3mfRWI
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Standing down from launch today due to unfavorable weather in the flight path. Our next launch opportunity is Saturday, May 30 at 19:22 UTC
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