항공우주 역학이란 무엇인가?

항공우주역학

항공우주 역학은 우주선과 운반체, 수송체가 날고 있는 것을 연구하는 것입니다.

행중에 받는 힘 및 그 힘의 작용에 의한 운동의 학문이며, 성간항행역학이라고도 합니다.
외국어명 astrodynamics 기타 명칭은 성간항해역학·천문역학 등의 발전연대 1950년 방법원천체역학 학문 기초수학·역학·통제 이론입니다.

 

 

우주 동역학의 연구 내용은 다음과 같습니다.

우주선의 질심 운동궤도운동, 우주선 스스로의 질심(質心)에 대한 자세운동, 우주선 발사, 우주선 궤도기동과 관련된 로켓의 운동.
우주선의 비행 과정은 일반적으로 세 단계로 나눌 수 있습니다.

발사구간. 우주선은 우주발사체와 우주왕복선에 실려 지상에서 이륙하여 예정된 고도와 속도에 도달하는 단계입니다. 

 

② 궤도구간을 운행

우주선은 주로 만유인력 등 자연계 외력에 의해 운동하는 단계입니다.

어떤 때는 정해진 궤도를 유지하기 위해 일정한 추력을 가해야 합니다. 

어떤 때는 궤도를 움직이기 위해 우주선에 비교적 큰 추력을 가해야 합니다. 

 

③ 궤도 구간 낙하

일부 우주선은 지구 표면으로 돌아가거나 목표 천체의 표면에 착륙해야 합니다.

이때 우주선은 로켓에서 추력·기동합니다.

저항(또는 승력) 등의 작용다음, 운행 궤도를 벗어나 천체 표면으로 낙하합니다.

이들 각 단계에서 우주선 운동은 궤도운동과 자세운동 두 가지로 이뤄집니다.

연구 내용에 따라 우주선 동역학과 로켓 동역학으로 나눌 수 있습니다.

우주선 동역학은 또 우주선 궤도 동역학, 우주선 자세 동역학, 우주선 재진입 동역학으로 나뉩니다.

우주선 질심 운동을 연구하는 학과입니다.

경전 천체역학은 자연계 천체의 운동을 연구하고, 대행성, 달의 운동을 기초로 궤도 섭동 이론을 정리합니다.

우주선 궤도 동역학은 이 기초 위에서 발전한 것입니다.

1950년대 말 일부 우주선에서 잇따라 발사에 성공하였습니다.

이후 궤도동역학은 공학의 실천과 밀접한 응용학문으로 발전했고, 그 연구내용도 기존의 천체역학의 범위를 넘어섰습니다.

궤도 이론 연구와 궤도 응용 연구가 주로 포함됩니다.

① 궤도이론 연구

목적은 정확하게 우주선을 구출하는 것입니다.

시시각각의 위치와 속도.궤도 이론은 천체역학에서의 섭동 이론을 기초로 합니다.

우주선 궤도를 두 부분으로 나눕니다. 

일부분은 이론 궤도를 간략화하는 것입니다.

다른 부분은 실제 궤도와 간략화된 이론 궤도의 차인데 이를 궤도섭동이라고 합니다.

궤도 섭동을 구하는 방법에는 근사해석법과 수치적분법이 있습니다.

궤도 이론 연구는 궤도 응용 연구의 기초입니다.

② 궤도 적용 연구

궤도 설계, 궤도 확정, 촬영 포함동적 요인 연구 등. 

우주선과 자연 천체의 차이점은 그 궤도를 인위적으로 선택하고 제어할 수 있다는 것입니다. 

이미 성공적으로 설계된 실용 궤도는 주로 지구 정지 궤도가 있습니다.

회귀궤도, 태양동기궤도, 극궤도, 동결궤도 등입니다.

측정 데이터에 근거하여 우주선의 궤도를 결정하는 과정을 궤도판정이라고 합니다.

우주선은 자연 천체에 비해 운동각 속도가 크고 지구와 무선 연락을 유지합니다.

자연 천체를 연구 대상으로 하는 고전 궤도 확정 방법 위에, 점차 형성되었습니다.

 

 

정밀도가 높고 실시간성이 강한 요구사항.

정확히 측정한 궤도는 천체 중력장, 천체 모양, 대기 밀도 등을 연구하기 위해 섭동 요인에 대한 정보도 제공합니다.

우주선이 그 질심운동 또는 우주선의 각 부분 사이를 도는 상대운동을 연구하는 학과입니다.

의도적인 시각을 추구하는 우주선 자세는 자세역학의 기본 과업입니다.

동역학적 모델을 세우고 작용력과 역모멘트를 분석해 운동방정식을 만들고 구하는 과정입니다.

우주선 임무에 따라 운항 중에는 일정한 자세를 취하거나 자세를 바꿀 것을 요구합니다.

그러기 위해서는 쉽고 경제적인 안정 방식과 기동을 강구해야 합니다.

 

자세안정과 자세기동방법은 에너지를 소비하는 경우에 따라 

① 수동식으로 구분할 수 있습니다.

에너지 공급이 필요 없으며, 중력 구배 안정, 스핀 안정 등 자연환경과 우주선 운동의 특성을 이용합니다.

② 능동식

에너지 소비 필요, 추력 시스템 적용 3축이 안정적이고 플라이휠 위주의 3축이 안정적입니다.

③ 반능동 반수동적이다

앞의 두 가지 방식의 합리적인 조합이며 때맞춰 통제력을 발휘하여 자연계의 간섭을 극복하고 장기적인 자세를 안정시킵니다.

우주선이 행성 대기권으로 진입하거나 지구 대기권으로 재진입할 때의 질을 연구합니다.

심운동과 자세운동의 학과입니다.

우주선 재입역학의 근간은 고전역학, 변질량역학, 공기역학, 제어이론입니다.

의시각 우주선의 질심운동 파라미터와 자세운동 파라미터를 구하는 것을 과제로 합니다.

구해법은 주로 수치적분법입니다.

설계의 목표는 착륙 지점에서의 정밀도, 과부하 정점을 찾는 것입니다.

에어로 다이내믹 히팅 등 모든 면에서설계 요구사항을 만족시키는 재진입(또는 )궤도 진입.운반기, 수송기 질심운동과 자세운동을 연구하는 학과입니다.

로켓역학의 근간은 고전역학, 변질량역학, 공기역학, 제어이론입니다.

임무는 의시각 로켓의 운동상태를 구하는 것입니다.

 

 

연구 내용 

 

①로켓 운동 방정식을 정립하고 구하는 것입니다.

궤도 방정식과 자세 방정식을 포함합니다.

구해 방법은 주로 수치 적분법입니다. 

 

② 로켓 궤도 최적화.

사명을 완수할 수 있는 로켓 궤도는 왕왕 많은 것이, 만족하고 있습니다.

항행 지역의 안전과 지상의 추적 측정을 전제로 최적의 궤도를 선정합니다.

최선이라 함은 때로는 적재량이 가장 많은 것을 가리키기도 하고, 때로는 정밀도가 가장 높은 것을 가리키기도 하며, 때로는 비행시간이 가장 짧은 것을 가리키기도 합니다. 

 

③자세안정성 분석.

외부 간섭 모멘트에 의해 화살의 탄성, 액체 흔들림 등을 고려해 로켓 비행의 안정성을 분석합니다.

 

궤도 측정
우주 동역학
우주 동역학

궤도 측정은 관측 데이터를 이용하여 우주선의 궤도를 측정하는 과정입니다.

초궤도 측정과 궤도 개선을 포함한 작업입니다.

측정한 궤도는 궤도 제어, 궤도 수정, 목표 위치 결정, 관측 예보 및 기타 학과 연구입니다.

기본 파라미터를 제공합니다. 

궤도 측정의 방법은 천체역학에서 유래합니다.

초기 천체역학에서는 궤도 측정의 대상이 자연천체였고 완전한 측정방법이 만들어졌습니다.

이 방법들은 원칙적으로 우주선의 궤도 측정에 적용됩니다.

그러나 우주선은 자연 천체에 비해 운동각 속도가 크고 지상국과 무선 연결을 유지합니다.

적시성이 왕왕 매우 강하므로,점차 독특한 방법들이 형성되었습니다.

궤도 측정의 기본 이론으로는 궤도 섭동 이론, 궤도 오차 추계 이론과 고차원 선형 방정식의 계산 방법 등이 있습니다.