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【과학 칼럼】「라로」라고 인공위성

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JA 10 west2009 2,811,753

모든 국민이 발사 장면을 지켜본 우주 로켓 「라로(나로)」는 결국, 인공위성을 궤도에 실을 수 없었다.화염을 분출하면서 강력하게 오르고 갔을 때의 감동도 잠시동안이었다.우주 로켓 발사 성공국에 동료로 하기 위해서는, 새로운 노력과 시간이 필요할 것 같다.

  인공위성은 무슨력으로 지구의 주위를 도는지 묻는 사람이 많다. 본래의 궤도에 한 번 진입한 인공위성은 이미 추진력으로 도는 것은 아니다. 위성의 원심력과 지구의 중력, 즉 만유 인력이 균형을 유지하기 위해, 거의 반영구적으로 달과 같이 지구의 주위를 돌 수 있다.

  우주 공간은 지상과 달라, 공기나 다른 방해물이 거의 없기 때문에, 뉴턴의 관성의법칙에 근거해 최초의 속도가 그대로 유지된다. 물론 인공위성의 초기 속도는 로켓이 정확하게 제공해야 한다.

  인공위성의 회전 속도나 궤도의 높이를 요구하는 문제는, 이공계 대학 1년 수준의 일반 물리학의 교과서에도 많이 나온다.인공위성의 원심력은 회전 속도의 2승 및 질량에 비례해, 고도, 즉 지구의 중심과 위성의 거리에 반비례 한다.한편, 이것과 평형을 유지하는 지구와 위성의 만유 인력은 지구와 위성의 질량에 비례해 거리의 2승에는 반비례 한다.

  2살의 힘의 항목을 등식으로 해 풀면, 인공위성의 질량은 서로 상쇄되어서 없어져, 만유 인력 정수와 지구의 질량은 변하지 않는 일정한 값이기 위해, 결국, 변수로서 남는 것은 위성의 회전 속도와 거리, 즉 궤도의 높이 밖에 없다. 위성의 궤도가 비쌀 정도 지구의 주위를 도는 속도는 늦어진다.

  이번 「라로」의 실패는, 위성을 보호하는 페어링의 다른 한쪽이 적시 로 분리하지 않았던 것이 원인이라고 발표되었다.2단째의 로켓이 인공위성보다 훨씬 무거운 페어링을 실은 채로 비행했기 때문에, 10분에 속력을 올려지지 않고, 정확한 궤도 진입의 제어가 어려워졌다고 하는 것이다.「라로」가 이번 쏘아 올린 과학기술 위성 2호는 소형 위성으로 그 자체에 추진력을 가지지 않기 때문에, 2단째의 로켓과 분리한 다음은 속도나 궤도의 높이를 제어할 방법이 없다.

  실제, 한국의 첫 통신위성으로서 1995년 8월에 미 델타 로켓에 실어서 발사 된 무군파 위성 1호나, 이번과 닮은 실패가 있었다. 보조 로켓의 하나가 적시 로 분리하지 않고, 목표 궤도에 닿지 않았다.그러나 무군파 위성에는 이번 위성과는 달라, 그 자체에 운영체와 연료가 있었기 때문에, 스스로의 추진력을 이용해 가까스로 목표 궤도의 높이까지 도달했다.

  무군파 위성과 같은 통신위성은 정지궤도 위성으로, 지상에서 보면 우주 상공의 일정한 위치에 떠 정지하고 있는 것처럼 보인다.이것은 위성이 지구를 도는 속도가 지구의 자전 속도와 같은 유익이지만, 정지궤도 위성의 고도는 약 3만 6000킬로나 된다.이것은 지구와 달의 사이의 거리의 약 10분의 1 정도의 고도이고, 이번 「라로」에 실은 위성의 도달 목표 고도였던 약 300킬로에 비해 훨씬 높다.

  우주 강국으로 향해서 우리는 지금 최초의 한 걸음을 내디딘에 지나지 않는다. 만일 성공했다고 해도자만않다, 실패했다고 좌절·실망할 필요도 없을 것이다.

중국에도 바보 취급 당하는 자화자찬 자만 민족

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【科学コラム】「羅老」と人工衛星

すべての国民が打ち上げ場面を見守った宇宙ロケット「羅老(ナロ)」は結局、人工衛星を軌道に乗せることができなかった。火炎を噴き出しながら力強く上がっていった時の感動もつかの間だった。宇宙ロケット打ち上げ成功国に仲間入りするためには、さらなる努力と時間が必要となりそうだ。

  人工衛星は何の力で地球の周囲を回るのかと尋ねる人が多い。 本来の軌道に一度進入した人工衛星はもはや推進力で回るわけではない。 衛星の遠心力と地球の重力、すなわち万有引力が均衡を保つため、ほぼ半永久的に月のように地球の周囲を回ることができる。

  宇宙空間は地上と違い、空気や他の妨害物がほとんどないため、ニュートンの慣性の法則に基づいて最初の速度がそのまま維持される。 もちろん人工衛星の初期速度はロケットが正確に提供しなければならない。

  人工衛星の回転速度や軌道の高さを求める問題は、理工系大学1年水準の一般物理学の教科書にもたくさん出てくる。人工衛星の遠心力は回転速度の2乗および質量に比例し、高度、すなわち地球の中心と衛星の距離に反比例する。一方、これと平衡を保つ地球と衛星の万有引力は地球と衛星の質量に比例して距離の2乗には反比例する。

  2つの力の項目を等式にして解けば、人工衛星の質量はお互い相殺されてなくなり、万有引力定数と地球の質量は変わらない一定の値であるため、結局、変数として残るのは衛星の回転速度と距離、すなわち軌道の高さしかない。 衛星の軌道が高いほど地球の周囲を回る速度は遅くなる。

  今回の「羅老」の失敗は、衛星を保護するフェアリングの片方が適時に分離しなかったのが原因だと発表¥された。2段目のロケットが人工衛星よりはるかに重いフェアリングを載せたまま飛行したため、十¥分に速力を上げられず、正確な軌道進入の制御が難しくなったということだ。「羅老」が今回打ち上げた科学技術衛星2号は小型衛星でそれ自体に推進力を持たないため、2段目のロケットと分離した後は速度や軌道の高さを制御する方法がない。

  実際、韓国の初の通信衛星として1995年8月に米デルタロケットに載せて打ち上げられたムグンファ衛星1号も、今回と似た失敗があった。 補助ロケットの一つが適時に分離せず、目標軌道に届かなかった。しかしムグンファ衛星には今回の衛星とは違い、それ自体に運営体と燃料があったため、自らの推進力を利用して辛うじて目標軌道の高さまで到達した。

  ムグンファ衛星のような通信衛星は静止軌道衛星で、地上から見れば宇宙上空の一定の位置に浮いて静止しているように見える。これは衛星が地球を回る速度が地球の自転速度と同じためだが、静止軌道衛星の高度は約3万6000キロにもなる。これは地球と月の間の距離の約10分の1程度の高度で、今回の「羅老」に載せた衛星の到達目標高度だった約300キロに比べてはるかに高い。

  宇宙強国に向けて私たちはいま最初の一歩を踏み出したにすぎない。 仮に成功したとしても自惚れず、失敗したからといって挫折・失望する必要もないだろう。

中国にも馬鹿にされる自画自賛自惚れ民族

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