요약:
SF 영화나 게임에서 흔히 볼 수 있는 우주공항 장면은 앞으로 20년 안에 점차 현실이 될 수도 있습니다. 미국 항공우주국(NASA)이 달 우주정거장 '게이트웨이(Gateway)'를 건설할 계획이다. 달 궤도를 도는 인류 최초의 우주 정거장이 될 뿐만 아니라, 유인 우주선, 화물 우주선, 달 착륙선에 대한 조립, 도킹 및 운송 서비스를 제공하는 '달 우주 공항'과 유사한 역할을 수행할 수도 있습니다.
텍사스 A&M 대학, NASA 존슨 우주 센터, 퍼듀 대학의 연구팀은 최근 여러 우주선이 미래에 동시에 우주 정거장에 접근할 때 혼란이나 심지어 충돌의 위험을 피하는 것을 목표로 상대 궤도 유지 알고리즘 및 궤도 내 대기 규칙을 포함하는 게이트웨이 우주 정거장에 대한 우주선 교통 관리 계획을 제안했습니다.
NASA의 현재 계획에 따르면 게이트웨이는 이르면 2027년에 발사될 예정입니다. 우주 정거장은 '아르테미스' 달 착륙 프로그램을 수행하고 오리온 유인 우주선, 화물 우주선 및 달 착륙선의 중요한 허브가 될 것입니다. 이전에 NASA는 게이트웨이가 고출력 태양 전기 추진 시스템을 사용할 것이라고 밝혔으며 SpaceX도 프로젝트에 필요한 물품을 운송하기 위한 관련 계약을 체결했습니다.
게이트웨이는 '직선형 후광 궤도(NRHO)'라는 특수 궤도에서 작동합니다. 이것은 달 주위를 도는 가늘고 달걀 모양에 가까운 궤도입니다. 우주 정거장은 달의 북극에서 약 1,000마일 위를 지나 달의 남극에서 약 40,000마일 떨어진 지역까지 확장됩니다. 궤도는 지구와 지속적인 통신을 유지하고 궤도 유지 추진체가 비교적 적게 필요하므로 달 우주 정거장의 장기 운영에 적합한 것으로 간주됩니다.
그러나 지구와 달의 공동 중력 효과도 이러한 환경을 복잡하게 만듭니다. 지상 공항과 달리 도착하는 항공기는 빈 자리를 기다리기 위해 단순히 근처에 "주차"할 수 없습니다. 모든 우주선은 지속적으로 고속으로 움직이며 도킹 창을 기다리는 우주선은 몇 시간, 며칠 또는 몇 주 동안 게이트웨이 주변에 머물러야 할 수도 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 수천 번의 시뮬레이션을 수행하여 항법 오류, 추진기 발사 편차 및 기타 장애가 있는 경우 여러 항공기가 어떻게 궤도를 안전하게 공유할 수 있는지 테스트했습니다. 연구에서 제안된 핵심 솔루션은 미리 계산된 위치에 따라 게이트웨이 앞이나 뒤에 대기 우주선을 배치하여 "진주줄"과 유사한 형태를 형성하는 것입니다.
연구원들은 방문하는 각 항공기가 독립적으로 궤도를 유지하도록 허용하지 않고 상대 궤도 유지 알고리즘을 사용하여 게이트웨이를 공간 참조로 사용하여 지속적으로 위치를 조정했습니다. 결과는 더 자주, 더 작은 궤도 수정을 통해 항공기를 더 조밀하고 예측 가능한 대형으로 유지하면서 추가 연료 소비를 제한할 수 있음을 보여줍니다. 이 접근 방식은 우주선이 서로 접근하거나 충돌할 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다.
관련 결과가 Acta Astronautica 저널에 게재되었습니다. 연구팀은 이러한 계획이 아직 의무적인 우주 교통 규정은 아니지만 미래 달 우주선의 도착, 출발 및 궤도 대기를 위한 일련의 기술 프레임워크라고 지적했습니다. NASA는 현재 도킹, 랑데부, 통신 및 로봇 시스템과 관련된 게이트웨이에 대한 상호 운용성 표준을 개발했으며, 이 연구는 도킹 포트가 아직 비워지지 않았을 때 방문 우주선이 어디서 어떻게 기다려야 하는지에 대한 똑같이 중요한 질문에 대한 답을 추가로 제공합니다.
당분간 NASA의 비전에는 수하물 컨베이어, 면세점 또는 좌석 분쟁이 없을지라도 게이트웨이에 필요한 교통 스케줄링 메커니즘은 인간이 더 높은 빈도와 더 복잡한 심우주 탐색을 위한 기본 규칙을 설정하기 시작했음을 의미합니다. 달 탐사 활동이 증가함에 따라 이 달 우주 정거장은 인류가 미래에 정규화된 달 운송을 향해 나아가는 데 중요한 노드가 될 수 있습니다.
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