탈출 속도

3. 탈출 속도에 대한 오해

많은 사람이 탈출 속도에 대해 로켓과 같은 추진력을 가진 물체가 반드시 탈출 속도에 도달해야만 지구 중력권을 탈출할 수 있다고 믿고 있지만, 이는 잘못된 지식이다. 로켓은 사실 지표면에서 탈출 속도에 해당하는 속도를 가질 수조차 없다. 탈출 속도는 어떤 물체가 단순히 지표면에서 발사되고 그 이후 어떠한 운동 에너지도 공급받지 않는 경우에 그 행성의 중력권을 탈출하기 위해 지표면에서 가져야 하는 속도일 뿐이다. 사실 지속적으로 양의 속력을 유지할 수 있는 비행체라면 어떤 속도라도 지구 중력을 탈출할 수 있다.

4. 궤도

지구 대기권의 마찰 때문에, 지표면에서 물체를 발사하려면 탈출 속도(11.2 km/s)보다 더 빠른 속도가 필요하다. 또는 해당 속도까지 가속해야 하며, 이 속도에 도달하면 더 이상의 추력은 필요하지 않다. 인공위성을 발사할 때는 1, 2차 로켓을 이용하여 공기 저항이 적은 높은 고도까지 올라간 후, 최종 발사체를 더 낮은 탈출 속도로 발사한다.

주어진 고도에서의 탈출 속도는 같은 고도에서의 원 궤도 속도의 $\sqrt 2$ 배이다. 이는 원 궤도에 있는 물체의 위치 에너지가 운동 에너지의 -2배라는 사실과 관련이 있으며, 탈출하기 위해서는 위치 에너지와 운동 에너지의 합이 최소 0이 되어야 하기 때문이다. 원 궤도에 해당하는 속도를 '제1우주 속도', 탈출 속도를 '제2우주 속도'라고 부르기도 한다.^[11][12][13]

타원 궤도에 있는 물체가 탈출 궤도로 가속하려면, 필요한 속도는 물체가 중심 천체에 가장 가까운 근지점에서 가장 크다. 그러나 물체의 궤도 속도 또한 이 지점에서 가장 높으며, 오베르트 효과에 의해 설명되듯이 필요한 속도 변화는 가장 낮다.

4. 1. 탈출 궤도

4. 2. 쌍곡선 궤도

5. 여러 천체의 탈출 속도

이 표는 여러 천체의 탈출 속도를 나타낸다. 표의 왼쪽은 행성이나 위성의 표면에서 해당 천체의 중력을 벗어나기 위한 탈출 속도(V_e)를, 오른쪽은 더 큰 천체(예: 행성이 태양)를 기준으로 한 속도(V_e)와 작은 천체(행성 또는 위성) 자체를 기준으로 한 속도(V_te)를 나타낸다.^[15][20]

수성과 명왕성은 궤도 이심률이 크기 때문에, 태양으로부터의 탈출 속도는 궤도상의 위치에 따라 달라진다.

5. 1. 표면에서의 탈출 속도

마지막 두 열은 궤도가 정확히 원형이 아니기 때문에(특히 수성과 명왕성) 탈출 속도에 도달하는 궤도상의 정확한 위치에 따라 달라진다.^[20]

5. 2. 회전하는 천체의 탈출 속도

위 표에서 마지막 두 열은 궤도가 정확히 원형이 아니기 때문에(특히 수성과 명왕성) 탈출 속도에 도달하는 궤도상의 정확한 위치에 따라 달라진다.^[20]

5. 3. 실질적인 고려 사항

• 수성 및 명왕성은 공전 궤도의 궤도 이심률이 크기 때문에, 태양으로부터의 탈출 속도는 그 시점의 태양으로부터의 거리에 따라 변화한다.

6. 대한민국의 우주 개발과 탈출 속도

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참조

_[1] 서적 Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics https://books.google[...] Addison-Wesley
_[2] 서적 New Understanding Physics for Advanced Level https://books.google[...] Nelson Thornes
_[3] 서적 Black Holes: A Very Short Introduction https://books.google[...] Oxford University Press
_[4] 서적 Fundamentals of Astrodynamics https://books.google[...] Courier Corporation
_[5] 서적 Comptes Rendus des Séances de la Troisième Conférence· Générale des Poids et Mesures https://www.bipm.org[...] Gauthier-Villars 1901-01-01
_[6] 서적 Fundamentals of Spacecraft Charging: Spacecraft Interactions with Space Plasmas https://books.google[...] Princeton University Press
_[7] 웹사이트 NASA – NSSDC – Spacecraft – Details https://nssdc.gsfc.n[...] 2019-08-21
_[8] 서적 Exploring Black Holes: Introduction to General Relativity https://books.google[...] Addison-Wesley
_[9] 서적 Introduction to General Relativity, Black Holes, and Cosmology https://books.google[...] Oxford University Press
_[10] 서적 Fundamentals of Astrodynamics
_[11] 서적 Mechanical systems, classical models https://books.google[...] Springer, Japan
_[12] 서적 Physics of Planetary Ionospheres https://books.google[...] Springer Science & Business Media
_[13] 서적 Classical Mechanics in Geophysical Fluid Dynamics https://books.google[...] CRC Press
_[14] 서적 Complete Physics: JEE Main https://books.google[...] McGraw-Hill Education
_[15] 웹사이트 Planets and Pluto : Physical Characteristics http://ssd.jpl.nasa.[...] NASA 2017-01-18
_[16] 웹사이트 To the Voyagers and escaping from the Sun https://i4is.org/voy[...] Initiative for Interstellar Studies 2015-02-25
_[17] 저널 The RAVE Survey: Constraining the Local Galactic Escape Speed
_[18] 저널 On the Shoulders of Giants: Properties of the Stellar Halo and the Milky Way Mass Distribution
_[19] 서적 A-level Physics https://books.google[...] Nelson Thornes
_[20] 웹사이트 Planets and Pluto : Physical Characteristics http://ssd.jpl.nasa.[...] NASA 2017-01-18
_[21] 저널 The RAVE Survey: Constraining the Local Galactic Escape Speed
_[22] 저널 On the Shoulders of Giants: Properties of the Stellar Halo and the Milky Way Mass Distribution
_[23] 웹사이트 Solar System Data http://hyperphysics.[...] Georgia State University 2007-01-21
_[24] 서적 Night sky : a field guide to the heavens St. Martin's Press
_[25] 저널 The RAVE Survey: Constraining the Local Galactic Escape Speed