1. 개요
WSB(Weak Stability Boundary) 또는 WSB이론(WSB theory)미국 NASA의 JPL(제트 추진 연구소Jet Propulsion Laboratory) 소속 당시 에드워드 벨브루노(Edward Belbruno)가 1987년에 제안한 기술로 우주 특히 태양계같은 공간에서 확인해볼수있는 이론으로 중력장들 간의 그 경계에 위치하는 매우 낮은 에너지 흐름을 경로로 해서 이를 전환 및 이용하는 기술이다. 한편 이 이론은 천체역학의 새로운 운동영역을 전제로 제안하기에 특정 혜성의 경로나 우주 먼지 밸트등을 이해하는 주요한 접근 방법중 하나로도 제안되고있다. [1] WSB는 현재 탄도 달 전이(BLT,Ballistic Lunar Transfer)방식 또는 저에너지전이(LET,low energy transfer)라고도 불린다.
2. 라그랑주 점
라그랑주 지점(라그랑주 포인트Lagrangian point) 또는 칭동점(秤動點)은 공전하는 두 개의 천체 사이에서 중력과 위성의 원심력이 상쇄되어 실질적으로 중력의 영향을 받지 않게 되는 평형점을 말한다.[2] 18세기 말, 프랑스의 수학자이자 천문학자인 조제프루이 라그랑주(Joseph Louis Lagrange)가 발견하여 그의 이름을 땄다.이러한 라그랑주점 특히 L1은 인공위성, 달 탐사선 , 우주 정거장 등의 주요한 거점으로 사용되거나 고려되고있다.
3. 다누리호
대한민국의 다누리 호는 2019년 라그랑주 L1을 지나는 WSB 상세 계획을 NASA와 재수립하고[3] 2022년 8월 5일 (한국시간 기준) 발사 및 9차례의 주요 궤적수정기동(TCM)을 수행하면서 달 진입 기동(LOI)을 22년12월17일 완료해 달 궤도 안착에 안정적으로 성공한바있다. 이러한 우주항법장치 성공사례는 세계에서 미국의 NASA, 일본의 우주항공연구개발기구(JAXA), 유럽연합의 유럽우주국(ESA)에 이어서 4번째 수준이다.3.1. WSB
BLT 궤적 설계 과정 예시[4][5]1. 출발 궤도 설정 (LEO, Low Earth Orbit)
탐사선은 먼저 지구 저궤도(LEO)에서 출발.
궤도 반경 (rLEOrLEO): 약 6,678 km (지구 반지름 ∼6,378km∼6,378km + 저궤도 고도).
2. 속도 변화 ΔV 계산 (TLI 단계)
지구의 중력권을 벗어나기 위해 Δ[math(v)]를 계산.
Vis Viva 방정식(활력방정식)을 사용:
[math(v= \sqrt{\mu \left( \dfrac{2}{r} - \dfrac{1}{a} \right) })]
여기서 μ: 지구 중력상수 (398,600 km3/s2398,600km3/s2) ,r: 현재 궤도 반경 ,a: 궤도의 반장축(장반경)
3. 태양 중심 궤도로의 진입
TLI 이후, 탐사선은 태양 중심 궤도로 진입하며 달 근처의 약한 안정 경계(WSB)를 목표로 이동.
4. 달 궤도 진입
BLT의 끝에서는 달의 중력을 이용하여 궤도를 조정하고, 달의 궤도에 안정적으로 진입.
이 단계에서는 작은 ΔV 조정이 추가적으로 필요.
여기서 지구중력상수(398,600 )값은 보편 중력상수(G)와 지구(earth) 질량의 계산값이다.탐사선은 먼저 지구 저궤도(LEO)에서 출발.
궤도 반경 (rLEOrLEO): 약 6,678 km (지구 반지름 ∼6,378km∼6,378km + 저궤도 고도).
2. 속도 변화 ΔV 계산 (TLI 단계)
지구의 중력권을 벗어나기 위해 Δ[math(v)]를 계산.
Vis Viva 방정식(활력방정식)을 사용:
[math(v= \sqrt{\mu \left( \dfrac{2}{r} - \dfrac{1}{a} \right) })]
여기서 μ: 지구 중력상수 (398,600 km3/s2398,600km3/s2) ,r: 현재 궤도 반경 ,a: 궤도의 반장축(장반경)
3. 태양 중심 궤도로의 진입
TLI 이후, 탐사선은 태양 중심 궤도로 진입하며 달 근처의 약한 안정 경계(WSB)를 목표로 이동.
4. 달 궤도 진입
BLT의 끝에서는 달의 중력을 이용하여 궤도를 조정하고, 달의 궤도에 안정적으로 진입.
이 단계에서는 작은 ΔV 조정이 추가적으로 필요.
4. 중력우물
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| 중력장의 영향력을 보여주는 그래픽 예시 |
5. 관련문서
[1] Goddard Space Flight Center Engineering Colloquium ,Date: Monday, May 1, 2000 , Speaker: Edward Belbruno ,Title: Low Energy Routes Using Chaos in Space Travel and Astronomy#[2] 한국천문연구원 천문우주지식정보 - 천체물리학 - 역학 - 라그랑지 역학 발췌.[3] 전자신문(etnews) NASA "달 탐사선 발사 루트 변경해야"...항우연과 달 탐사 계획 이견 확인 발행일 : 2019-10-20 16:00#[4] AIAA 2000-4142 Calculation of Weak Stability Boundary Ballistic Lunar Transfer Trajectorie ,AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference 14– 17 August, 2000 Denver, Colorado,Edward A. Belbruno,John P. Carrico#[5] \[학술대회자료\]시험용 달 궤도선의 발사체 분산 궤적보정기동 설계를 위한 궤도결정 오차 분석 Orbit Determination Error Analysis for Design of Launch Vehicle Dispersion Trajectory Correction Maneuver,김영록 (한국항공우주연구원), 홍승범 (한국항공우주연구원), 송영주 (한국항공우주연구원), 박재익 (한국항공우주연구원), 배종희 (한국항공우주연구원), 이동헌 (한국항공우주연구원), 김대관 (한국항공우주연구원), 이상률 (한국항공우주연구원), 한국항공우주학회 학술발표회 초록집, 한국항공우주학회 2020년도 추계학술대회 2020.11, 55 - 56 (2 pages)#