(연재) 하늘의 과학

제12강 인공 위성과 우주 비행

Editor! 2019.06.18 09:33

연재 마지막 순서의 주제는 인공 위성과 우주 비행입니다. 우주 공간에서는 공기가 없어 항공기 엔진으로는 비행할 수 없고 액체 산소를 탑재한 로켓으로만 비행할 수 있습니다. 인공 위성과 우주선도 비행기에서와 같이 상당한 수준의 물리와 수학이라는 학문이 필요한 분야입니다.

인공 위성과 우주선은 비행 속도의 크기에 따라 원추곡선의 하나인 원, 타원, 포물선, 쌍곡선 비행 궤도로 비행합니다. 공기 저항이 없는 대기권 밖에서 인공 위성이 지구 주위를 도는 것은 지구가 잡아당기는 중력과 인공위성의 빠른 속도에 의한 원심력이 평형 상태를 이루기 때문입니다. 따라서 인공 위성이 지구 중력을 극복하고 지구 주위를 회전하기 위해서는 제1우주 비행 속도가 필요합니다. 우주 발사체는 로켓 엔진 뒤쪽에서 빠른 속도의 기체를 내뿜는 추력의 반작용으로 수직 상승합니다. 즉 로켓 내에 있던 연료와 산화제가 연소 반응에 의해 발생한 빠른 속도의 운동량(질량×속도)이 로켓을 기체 분출의 반대 방향으로 전진하게 합니다. 이것은 뉴턴의 운동 법칙으로 설명될 수 있습니다. 직선운동에서의 선형운동량 보존 법칙과 마찬가지로 회전운동에서의 각운동량 보존 법칙도 성립됩니다.

태양계에는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등 8개의 행성이 존재합니다. 태양계 탐사선이 지금 이 순간에도 귀중한 자료를 보내주고 있습니다. 우주를 관찰하기 위한 우주 정거장은 인공 위성처럼 지구 궤도를 도는 대형 우주 구조물로서 사람이 우주 공간에 장기간 머물 수 있습니다. 우주 망원경은 지구 대기권 바깥 우주 공간에 올려서 대기층의 차단으로 인한 파장의 제한을 제거하고 우주를 관측할 수 있는 장비로 우주 탐사를 가능하게 합니다. 이러한 우주 공간에서 수학이 어떻게 활용되는지 하나씩 살펴보겠습니다.


 「하늘의 과학」 연재 순서

 

제1강 여객기의 크기와 반응

제2강 항공기 소음과 로그 함수

제3강 항공기의 무게 중심과 안정성

제4강 비행기의 순항 비행

제5강 비행기의 이륙과 상승 비행

제6강 비행기의 선회 비행과 하중 계수

제7강 비행기의 강하 비행과 착륙

제8강 비행기의 측풍 착륙과 벡터

제9강 비행기의 자동 조종 장치와 선형대수

제10강 비행기의 IRS와 미적분

제11강 핵 폭탄과 투발 수단

제12강 인공 위성과 우주 비행


제12강 인공 위성과 우주 비행

출처: https://sciencebooks.tistory.com/1372 [ScienceBooks]