ExoMars 프로브를 찾고 우주 고속도로에 대한 진실을 발견했습니다.

유럽 ​​우주국의 ExoMars 우주선은 현재 7 일간의 붉은 행성으로의 여행으로 8 일 동안 하늘의 고속도로를 따라 순항 중이다. 우리는 그것이 10 월 19 일에 화성에 착륙 할 것이라는 것을 알고 있습니다. 그러나 그것은 한 달 안에 어디있을 것입니까? 아니면 7 월 4 일? 그 위치는 나에게 계산 가능해 보였다.우주선의 가속 시간, 순항 속도, 그리고 발사시 화성과의 거리를 감안할 때, 나는 몇 가지 숫자를 계산할 수 있다고 생각했습니다. 이것은 - 나는 지금 알고 있습니다 - 순수한 오만합니다. 로켓 과학은 문화적인 시금석입니다.

우주선을 찾으려고 할 때 이것을 발견했습니다.

우주 고속도로는 육상 도로와 같지 않습니다. ESA의 선교 분석실 (Mission Analysis Office)의 천체 역학 전문가 인 마이클 칸 (Michael Khan) 박사는 ExoMars를 찾는 데 대한 조언을 구했을 때 설명했습니다. 염두에 두어야 할 것이 하나 있다면, 우주에 직선이 없다는 것입니다. 아름답게 쓰여진 전자 메일에서 그는 왜 우리 모두가 커브를 타고 나아가 야하는지, 그리고 우주 여행의 미래는 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 복잡하다는 것을 설명했습니다.

그의 설명을 요약하려고 시도하기보다, 나는 그것이 아름답 기 때문에 아래에 붙여 넣을 것이다.

저는 우주의 모든 궤도 (자연적 또는 인공적)의 궤도 계산의 기초가되는 과학 인 천체 역학이 여러분이 가정하고있는 것과는 조금 다르게 작동한다는 것을 두려워합니다.

지구에서 다른 행성 (이 경우 화성)으로 행성 간 이동은 지구상에있는 항공기처럼 일정한 순항 속도로 직선으로 날아가는 문제도 아니고 바다를 항해하는 우주선처럼 주어진 경유지에서 방향의 변화. 그것은 태양계에서 작동하는 방식이 아닙니다. 이런 식으로 작동하지 않기 때문에 ExoMars가 어느 시점에 있을지 간단하고 거칠고 준비가 된 계산을하는 것이 쉽지는 않다고 생각합니다.

기본적으로 우주를 통과하는 물체의 비행을 관리하는 자연의 법칙은 수 백 년 전에 Isaac Newton과 Johannes Kepler에 의해 이루어졌습니다. 나는 간단하게 단순화 할 것입니다: 지구와 화성은 더 많거나 적은 원형 궤도를 따라 움직입니다 (화성의 경우, 이것은 사실이 아니지만 처음에는 작동합니다). 이제 우리는 지구 궤도, 태양 주변의 넓은 원과 화성 궤도를 가지고 있습니다. 화성 궤도는 태양을 중심으로하는 더 넓은 원입니다.

ExoMars가 따르는 이동 궤도는 타원입니다. 이 타원이 태양에 가장 가까운 곳에서는 지구 궤도를 빙글 빙글 타고갑니다. 그것은 Sub에서 가장 멀리 떨어져있는 곳에서 화성 궤도를 grazes. 우주선은 가장 낮은 지점에서 가장 먼 지점까지 날아갑니다. ExoMars를 발사하는 데 사용 된 양성자 M 로켓에 의해 엄청난 부스트로 타원에 도달했습니다. 우주선이 필요한 이동 타원을 만날 수있는 속도와 방향으로 지구의 중력을 실제로 높이는 고속으로 빠르게 던졌습니다. 화성으로. 이 시점에서 (지구가 도망 가다), ExoMars는 태양 주위의 지구 궤도에서 지구보다 약간 더 빠릅니다.

이 전송 타원에서 ExoMars의 속도는 계속 감소 할 것입니다. 왜 이것이 진상인지 이해하려면 시계 진자를 상상하십시오. 진자가 오르면 느려지고 느리게 움직입니다. 그것은 두 가지 종류의 에너지가 있기 때문입니다: 잠재 에너지 (= 높이 에너지)와 운동 에너지 (= 운동 에너지). 우주선 궤도에는 일정한 총 에너지가 있습니다. 이것은 런처에 의해 부여되었습니다. 이 에너지는 증가하지 않습니다. 돈이나 봉급과 같아서 마지막으로 만들어야합니다.

로켓이 충분한 에너지를주지 않았다면 ExoMars 궤도는 화성 궤도에 도달하지 못했을 것입니다. 반대로, 로켓이 너무 많은 에너지를 전달했다면, 우주선 궤도는 화성 궤도 너머로 갈 것입니다. 그래서 우리는 에너지의 양을 정확히 원했고, 너무 적지 만 그렇게 많이는 아니 었습니다. 이것은 돈이나 급여와는 다른데, 너무 많은 돈보다 너무 많은 돈이 낫다.

이제 타원 이동에서 우주선은 태양으로부터 화성 궤도를 향해 등반하고, 태양은 우주선을 중력으로 잡고 있습니다. ExoMars가 올라감에 따라 높이 에너지가 증가합니다. 따라서 운동 에너지가 감소해야합니다. 총 에너지는 동일하게 유지됩니다. 따라서 화성 비행으로 ExoMars는 지속적으로 천천히 그리고 느리게 진행됩니다.

이동을 계산하기 위해서, 절대적으로 고려해야 할 것은 태양을 통한 중력 인력입니다. 태양계의 빛의 매우 작은 압력과 태양계의 행성의 중력과 같은 다른 효과가 있습니다. 물론 우리는 ExoMars를 타고 로켓 엔진을 사용하여 궤도를 바꿀 때마다 고려해야합니다. 그러나이 모든 것은 태양의 중력보다 훨씬 적은 효과가 있습니다.

본질적으로 우리는 궤도에 영향을 미치는 모든 요소를 ​​고려하여 우주선의 궤적을 계산하기 위해 컴퓨터를 사용하며 지구에서 우주까지 신호가 이동하는 시점부터 우주선이 얼마나 빨리 그리고 얼마나 빨리 이동하는지 측정 할 수 있습니다 우주선과 등을 통해 신호의 주파수가 시간이 지남에 따라 변합니다.

이후 이메일에서 그는 덧붙였다:

가장 중요한 것은 우주의 모든 궤적처럼 ExoMars 궤적이 뚜렷하게 구부러져 있다는 것입니다. 공간에는 직선이 없습니다. 별과 행성과 같은 질량을 가진 시체가 생기면 중력이 생기고 중력이 있으면 모든 것이 커브에서 날아갑니다. 곡선은 자연스럽고 직선은 그렇지 않습니다. 지구에서 화성까지 곡선으로 된 빨간 선을 따라 뒤덮인 거리는 대략 5 억 킬로미터에이를 것으로 예상됩니다. 30 억 킬로미터.