Beyond the Space

오늘은 간단한 개념 하나만 소개합니다. ^^;

국제우주정거장으로 향하는 우주왕복선을 발사 과정을 보다 보면 어떤 문제로 인해 발사에 차질이 생길 경우 다음 발사 까지는 두어달을 더 기다려야 한다는 얘기를 접할 수 있습니다. 실제로 우주왕복선의 경우 국제우주정거장으로 가기 위해 발사할 수 있는 기간은 조건에 따라 다르지만 길어야 20여일이며 그 시기를 놓치게 된다면 다음 기회까지 2개월 정도 기다려야 하지요. 이렇게 우주발사체를 목적지에 보내기 위해 발사할 수 있는 기간을 Launch Window라고 부릅니다. 그 기간 동안에만 창문이 열리듯 우주가 열려있는 것입니다.

어느 대상 물체와 랑데부를 해야하는 임무거나 달, 또는 행성간 탐사선의 경우에는 이 Launch Window라는 것이 꼭 따라붙게 되어있는데 왜 발사가 이런 기간으로 제한되는 걸까요? 조금만 생각해 보면 쉽게 알 수 있습니다. 여기서는 화성으로의 여정을 예로 들어 설명해 보겠습니다. 아래 그림은 전의 호만 전이 포스팅의 삽입 그림을 살짝 수정한 것입니다.


지구를 출발해서 호만 전이로 화성 공전 궤도까지 가는 것은 좋습니다. 하지만 탐사선이 호만 전이 궤도의 원지점에 도달했을 때, 그곳에서 화성을 만나지 못한다면... 대략 낭패지요. 화성이 없는 곳에서 탐사선만 화성 공전 궤도를 돌고 있어봐야 아무런 의미도 없습니다. 즉, 지구를 출발한 탐사선이 화성 공전 궤도에 이르렀을 때, 정확하게 화성과 만날 수 있어야 한다는 것이지요. 위의 그림에서 파란색으로 채워진 지구와 화성의 위치가 탐사선이 지구 궤도에서 호만 전이 궤도로 진입할 때이며, 붉은색으로 채워진 지구와 화성의 위치가 탐사선이 화성에 도달했을 때를 나타냅니다.

그런데 지구는 1년에 1회, 화성은 약 2년에 1회 공전을 하여 공전 주기가 다르기 때문에 그림에서 보는 것과 같은 위치가 세팅되는 때가 그리 자주 있는 일이 아닙니다. 보통 25개월에 한 번씩 지구와 화성이 위와 같은 배치를 보여주게 되지요. 따라서 탐사선이 화성으로 향할 수 있는 기간도 근 2년에 한 번 밖에 없습니다. 이 위치 관계가 성립되고 있는 1 개월 간의 기간, 그것이 바로 화성 탐사선의 Launch Window가 됩니다. 아래에 과거 10년, 그리고 다음번 화성 Launch Window를 정리했습니다.

    * November to December 1996
    * December 1998 to January 1999
    * April 2001
    * June to July 2003
    * August 2005
    * October 2007
    * December 2009 (The next launch window)
    * February 2012
(출처 : 위키피디아)

실제로는 지금 고려한 행성의 위치 관계 뿐만 아니라, 탐사선의 목표 화성 임무 궤도나 화성까지 도달하기 위해 필요한 ΔV 또한 고려되어야 하기 때문에 좀 더 복잡하고 정교한 계산을 통해서 Launch Window를 결정합니다. 화성 밖의 외행성 탐사선의 경우에는 여러 행성에서 fly by를 수행해야 하기 때문에 해당 행성들이 정해진 시간에 정해진 위치에 있게 하기 위해서는 더더욱 Launch Winodw가 좁아지고 놓쳤을 경우 다음 Launch Window까지도 오래 기다려야 합니다. 비단 행성간 탐사선 뿐 아니라, 위에서 말한 것 처럼 국제우주정거장이나 이번에 발사된 것 처럼 허블 우주망원경과 랑데부를 해야하는 우주왕복선의 경우에도 Launch Window가 존재합니다.

국제우주정거장으로 향하는 우주왕복선의 Launch Window 정의에는 또 몇 가지 특수한 요구조건이 따라붙게 되는데 그건 다음 포스팅에서 다뤄보도록 하겠습니다.