저것도 기본적인 원리는 그리 복잡한건 아닙니다. 말로 설명하려면 좀 길어지긴 하지만 그림으로 설명하면 간단합니다.
주노가 첫번째 한바퀴 돌때를 보시면 태양을 중심으로한 타원궤도를 그리는 것을 확인할 수 있는데 지구에서 로켓을 쏴서 저궤도 대기궤도를 거쳐 동기 대기궤도에 올려놓은다음 그곳을 태양을 중심으로한 타원궤도의 근일점으로, 위에 Deep Space Maneuver(DSM)라고 하는곳을 원일점을 하는 타원궤도를 그리도록 먼저 추진력을 올립니다.이렇게 만들어진 첫번째 한바퀴에 해당하는 궤도를 DSM궤도라고 합시다.
만약 비교적 지구에서 가까운 곳이라면 예를들어 화성이라면 DSM지점으로 지구 동기궤도에서 추진력으로 바로 속도를 올려 도달할수 있겠지만 목성은 너무 멀어 추진력을 올리는데 너무 많은 연료를 소모하게 됩니다. 그럼 어떻게 할까요?
이때는 Gravitational Slingshot이라고 하는 새로운 추진동력을 이용하는데 마치 야구공을 앞으로 직접 던지지 않고 해당방향으로 가는 자동차에 공을 던져 튕겨나오도록해 공이 나아가도록 하는 원리와 같습니다. 이때는 공의 운동량과 자동차로부터 빌어온 운동량이 더해집니다. 즉 되돌아온 주노의 운동량에 지구로부터 튕겨져 나오면서 받는 운동량이 더해지면서 새로운 추진력을 얻습니다.
이 다음 단계 즉 첫번째 바퀴보다 더 크게 도는 두번째 바퀴의 경우도 DSM궤도를 만드는 원리와 같습니다. 이번에는 태양을 중심으로 해서 지구를 근일점으로 하고 목성을 원일점으로 하는 타원궤도가 그려지게 됩니다. 이런식으로 목성에 도달하게 됩니다. 물론 타이밍을 잘 맞춰야겠죠.
여기서 만약 목성이 없다고 가정하고 현재의 목성궤도에 주노가 목성과 같이 공전하려면 거기서도 추진을 통해 다시 현재 목성이 공전하는 수준만큼의 속도를 올려야 합니다. 하지만 주노는 목성과 같은 공전궤도를 도는 것이 아니라 목성의 위성처럼 목성을 돌아야 하기 때문에 이때는 속도를 줄여야 합니다.
물론 실제 추진하면서 얻게되는 위에서 설명한 궤도는 타원궤도는 아니고 쌍곡선궤도입니다. 이해하기 편하도록 타원궤도로 설명을 드린거고 속도를 줄이는 방식은 크게 천체의 대기의 마찰력을 이용하는 방식이 있고 자체 추진력으로 반대방향으로 역추진을 통해 줄이는 방식이 있는데 주노는 후자의 방식을 사용했습니다.
이러한 우주선의 여행방식은 행성이나 달과 같은 위성에 도달하기 위한 모든 우주여행에서 공통적으로 사용됩니다. 달과 같이 가까운 곳이라면 전문적인 용어로는 호만전이궤도라고 하는 위와 같은 방식이 이용되고 목성과 같은 외행성 지역을 가려고 할때는 Gravitational Slingshot과 같은 다른 행성의 운동량을 빌어서 추진력을 얻는 방식을 혼용해서 이용합니다.
사람들이 좀 이상한 편견들이 있습니다. 밑에 밀게나 동아게같은 경우도 상당히 전문적인 영역인데 그런 영역에서 이야기하는 사람들에 대해선 그러려니 하는데 이상하게 자연과학쪽에 대해서 좀 자세히 설명하려는 사람에게는 뭔가 지 잘난척 하는 시선으로 바라보려는 경향들이 있습니다. 여기도 숫자가 적고 상대적으로 인터넷상에서 그리 많은 커뮤니티가 없을뿐이지 매니아들이 많습니다. 특히나 국외로 나가면 국내와는 수준자체가 완전히 틀려집니다...
저는 더군다나 자연과학을 전공한 사람이구요. 이쪽 전공이 아니더라도 궤도역학이라든 천체물리,천체화학,행성학,코스몰로지,입자물리라든지 관련서적들이 소수의 돈으로 구입한것에 다수의 어둠의 경로를 통해서 구한것도 있고 대중서까지 포함하면 수백권이 넘습니다. 과학기술 전체를 따지자면 세보지 않아서 그렇지 수천여권 됩니다.
사람을 시험하는것도 아니고 참 ㅋㅋ..
유체는 움직임이 복잡하기 때문에 실제계는 유체의 복잡한 움직임까지 고려해야 합니다만 전제조건이 우선 유속이 완전히 전영역에 대해서 같다고 이야기를 했으니 이건 유체에 의해 물체에 작용하는 단위면적당 힘이 같다고 생각할 수 있습니다.
일단 일차원적으로 간단하게 생각해볼께요. 자 저 물체의 외형상 좌우범위가 있을 것입니다. 그 범위의 정중앙을 좌표상 원점이라고 합시다. 그리고 저 물체의 무게중심의 좌표를 R이라고 해보죠. 우리가 여기서 생각해야 할것은 알짜토크가 아니겠습니까? 토크의 정의가 힘*위치(벡터) 인데 힘은 모두 위치에 동일하게 작용하므로 상수 F라고 하고 물체 양쪽끝까지의 좌표를 각각 -r,r이라고 합시다. 그렇다면 총토크는 integral[-r,r] { F * (x-R) }dx 가 되겠죠. 근데 F * R은 정의상 0이 됩니다. 무게중심에 힘을 가하면 토크는 0이니까요 그러면 integral[-r,r] F * x dx 만이 남게 되는데 -r,r까지는 좌우대칭이므로 결과적으로 이것도 0이 됩니다. 따라서 실제로는 아무 회전도 일어나지 않게 됩니다.
위에 계산은 물체의 무게 배분이 차이가 있더라도 물에 잠기는 면적이 같다는 전제하에 계산을 한것이라 마침 보충설명을 더 달려고 했습니다.^^
만약 축을 따라 물에 잠기는 면적이 다르다면 예를들어 링크하신 그림 그대로 물에 잠긴 경우라면 수심에 따른 유속이 같다고 할때 이런 경우는 조금 달라집니다. 그림처럼 마름모꼴이라고 하면 대략 물에 잠기는 영역이 흘수선이 배라고 했을때 선수의 아래쪽 꼭지점 위라면 사다리꼴 그 아래라면 삼각형 모양이 될텐데 두껍게 잠겨있는 뒤로 갈수록 더 많은 힘을 받게 됩니다. 뒤로 갈수록 연직아래로 내려가면서 횡축 무게중심위치가 배의 전체무게중심과의 수평거리에서 멀어지기 때문에(뒤로감) 물에 많이 잠긴 뒷쪽으로 토크를 받아 그 방향으로 점진적으로 회전해서 최종적으로 유속과 나란한 방향이 됩니다. 물에 더 많이 잠긴쪽이 유속방향을 향함
흘수선 아래가 배 전체 모양에 비추어 비대칭이지 않습니다. 선수쪽에 반듯하게 휘어져서 없어진 부분만큼 선미쪽도 프로펠러나 방향키쪽을 중심으로 공간이 있으니까요.
천안함과 같은 초계함의 경우는
http://image.chosun.com/sitedata/image/201003/28/2010032800442_1.jpg 선체에 들어가는 다른 장비들 무게를 감안하지 않는다면 무게중심이 좀 앞쪽으로 쏠려있는데 이런경우는 보통 선수를 약간 든 형태로 항해를 하기 때문에 실제 물에 잠기는 영역에서의 비대칭은 해소될 것입니다. 단 닻을 내리고 정박중일때는 영향을 받을걸로 생각합니다. 근데 이건 닻을 배의 어느 위치에서 내리느냐가 더 중요하기 때문에... 천안함의 경우는 어차피 닻을 내리지 않은 상태였기 때문에 유속이 해수표면이나 수심에 관계없이 일정했다면 선수쪽이 유속방향으로 돌아갔을걸로 생각합니다.
작성일 : 18-03-24 21:11
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