위성이 먼거리를 이동하게 위해 중력을 이용한다는데 어떻게 하는건가요?

Question

위성탐사선이 화성이나 그 이상을 벗어나기 위해서는 행성의 중력을 이용해서 멀리 날아간다고 하는데요. 중력을 어떻게 활용해서 멀리 나아갈 수 있는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

스윙바이라는 현상을 이용하는데, 행성주변을 돌아나가면 행성의 힘을 빼앗아 속도에 더해집니다.

이에따라 속도가 매우 빨라지게됩니다.

감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

위성이 먼 거리를 이동할 때 중력을 이용하는 것은 중력 소동 효과를 이용하는 것입니다. 중력 소동 효과는 중력이 물체를 이동시킬 수 있는 힘을 가지고 있기 때문에 가능합니다.

이 효과를 이용하여 위성을 이동시키는 방법은 다음과 같습니다. 먼저, 위성을 이동시키고자 하는 행성 또는 천체 주변을 타원 궤도로 돌면서 일정한 속도로 움직입니다. 그 다음, 위성의 속도와 궤도가 일치하지 않을 때, 행성 또는 천체의 중력 소동 효과를 이용하여 위성을 끌어당기거나 밀어내어 궤도를 변경합니다. 이를 통해 위성은 목표 지점에 도달할 수 있게 됩니다.

이 방법은 위성의 이동을 효율적으로 이끌어내는 방법 중 하나입니다. 그러나 이 방법은 정확한 궤도 및 운동 방향을 계산하여 정확히 조절해야하기 때문에, 정밀한 계산과 제어가 필요합니다. 따라서, 위성 이동에는 전문적인 기술과 첨단 기술이 필요합니다.

Answer 3

위성이 멀리 날아가기 위해 중력을 이용하는 것은 정확한 표현은 아닙니다. 위성은 지구의 중력으로부터 빠져나가는 것이 아니라, 지구를 도는 궤도 위에 고정되어 중력과 상쇄되는 원심력에 의해 운동합니다. 위성이 먼 거리로 이동하려면 추가적인 추진력이 필요하며, 이를 위해 로켓 등의 엔진을 사용하여 위성의 속도를 높일 수 있습니다. 이렇게 속도를 높이면 위성은 더 먼 궤도로 이동할 수 있게 됩니다. 하지만 이러한 궤도 이동은 중력을 이용하는 것이 아니라, 위성이 가진 운동 에너지를 이용하는 것입니다.

Answer 4

안녕하세요. 한 과학전문가입니다.

일종의 스윙기법인데요. 여러 행성들의 중력의 힘을 이용해서 가속력을 얻는 방식입니다. 연료 소모가 현저하게 줄어드는 장점이 있지만 시간이 매우 오래걸리는 단점이 있습니다.

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Answer 5

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다.우주 탐사선이 먼 거리를 이동하는 데 중력을 이용하는 것은 일반적으로 "그라비티 어시스트" 또는 "그라비티 슬링" 기술을 사용하는 것을 말합니다.

그라비티 어시스트는 우주 탐사선이 행성이나 위성 등의 무거운 천체의 중력을 이용하여 운동 에너지를 얻는 것입니다. 이를 위해 탐사선은 먼저 출발 행성 주변을 돌아가며 출발 지점에서 얻은 속도를 높입니다. 그리고 다음 목표 지점에 도착하기 전에, 다른 행성이나 위성의 중력을 이용하여 탐사선의 운동 에너지를 증가시킵니다. 이렇게 함으로써, 탐사선은 더 빠르게 이동하면서 연료를 절약할 수 있습니다.

그라비티 어시스트는 특히 태양계 밖의 먼 지점으로 가는 탐사선에게 유용합니다. 이러한 탐사선은 출발 지점에서 충분한 운동 에너지를 얻기 어렵기 때문입니다. 따라서, 이러한 탐사선은 출발 지점 근처의 행성을 지나가면서 출발 지점에서 부족한 운동 에너지를 보충하고, 이를 통해 더 먼 지점으로 이동할 수 있습니다.

그라비티 어시스트는 또한 화성 탐사선, 명왕성 탐사선 등 태양계 내의 탐사선에서도 활용됩니다. 이러한 탐사선들은 출발 지점에서 충분한 운동 에너지를 얻지만, 더 빠르게 움직이기 위해 그라비티 어시스트를 이용할 수 있습니다.

Answer 6

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

스윙바이, 시쳇말로 중력돌팔매질이라는 것입니다.

그 이름 그대로 중력으로 던져지는 것을 말합니다.

위성이 이동 중 쌍곡선을 그리면서 행성의 중력장을 이용하는 것으로 행성의 중력장 안에 들어가면서 가속되며, 행성 자체도 태양 주변을 공전하므로 행성의 중력장에 잡혔다가 행성의 운동량을 일부 얻어 빠져나가면 행성의 공전 방향으로 가속을 얻을 수 있는 것이죠.

즉 중력에 빨려 들어가지 않을 정도로 걸치며 행성 방향으로 힘만 얻어 중력장을 빠져나가는 방법입니다.

Answer 7

안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.

위성 탐사선이 행성의 중력을 이용하여 멀리 나아갈 수 있는 이유는 운동력 보존의 법칙과 중력의 법칙에 기반하고 있습니다.

먼저, 탐사선이 행성 주변에서 일정한 속도로 움직이고 있다면, 이는 탐사선에 작용하는 중력과 운동량의 크기와 방향이 일치하여 운동량이 보존되기 때문입니다.

이후 탐사선이 행성의 중력장에서 탈출하려면, 탐사선의 운동량을 변경해야 합니다. 이를 위해 탐사선은 엔진을 사용하여 반작용 작용을 발생시키고, 이 반작용력으로 인해 탐사선의 운동량이 변경됩니다.

그러나 중력은 거리의 제곱에 반비례하기 때문에, 탐사선이 멀리 떨어져 있을수록 중력의 힘이 약해집니다. 따라서, 탐사선은 최대한 행성의 중력을 활용하여 탈출속도를 얻기 위해, 탐사선이 행성 주변을 일주하는 궤도를 여러번 돌면서 속도를 축적합니다.

이러한 방식으로 탐사선은 충분한 탈출 속도를 얻어, 행성의 중력을 빠져나와 우주로 나아갈 수 있게 됩니다. 이런 방법을 슬링샷(gravity assist)이라고 합니다.

스프링샷을 이용하면 탐사선은 자신만의 추진력으로 움직이지 않아도 되기 때문에 연료를 절약할 수 있으며, 보다 먼 곳까지 탐사를 이어나갈 수 있습니다.