우주 탐사선은 방향을 어떻게 바꾸는 건가요?

Question

우주 공간에서는 자동차처럼 바퀴를 이요할 수 없는데, 탐사선은 어떤 방식으로 자세를 제어하거나 이동 방향을 변경하게 되는 것인지 의견 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

우주에서는 밀어낼 바닥도 공기도 없어서, 탐사선은 지구와는 완전히 다른 방식으로 방향을 바꿔요. 크게 두 가지 원리를 나눠서 풀어드릴게요.

먼저 이동 방향을 바꿀 때는 작용 반작용을 이용해요. 로켓이 앞으로 나아가는 원리와 똑같아요. 탐사선 곳곳에는 작은 분사구가 달려 있는데, 이걸 추력기라고 해요. 여기서 가스를 원하는 방향의 반대쪽으로 뿜어내면 그 반동으로 탐사선이 밀려가요. 오른쪽으로 방향을 틀고 싶으면 왼쪽으로 가스를 뿜는 식이에요. 우주에는 공기 저항이 없으니까 한 번 살짝 분사해서 방향을 잡으면 그 상태로 계속 나아가요. 그래서 연료를 아주 조금씩만 써도 되는 거예요.

그런데 이동이 아니라 몸의 자세만 돌리고 싶을 때는 더 영리한 방법을 써요. 연료를 쓰지 않고 방향을 바꾸는 기술인데, 반작용 휠이라는 무거운 바퀴를 탐사선 안에 넣어두는 거예요. 원리가 재미있어요. 이 바퀴를 한쪽으로 빠르게 돌리면, 그 반작용으로 탐사선 몸체는 반대쪽으로 천천히 돌아가요. 회전의자에 앉아 팔을 한쪽으로 휘두르면 몸이 반대로 도는 것과 같은 이치예요. 안에서 무언가를 돌려 그 반발로 전체를 돌리는 거죠. 이 방법은 연료가 전혀 안 들어서, 별을 관측하려고 방향을 미세하게 조정할 때 아주 유용해요.

방향을 제대로 바꾸려면 지금 내가 어디를 향하고 있는지부터 알아야겠죠. 그래서 탐사선은 별의 위치를 읽는 장치나 태양의 방향을 감지하는 센서로 자기 자세를 파악해요. 별자리를 지도 삼아 지금 어느 쪽을 보고 있는지 계산한 뒤, 추력기나 반작용 휠로 원하는 방향을 맞추는 거예요.

정리하면 크게 움직여 경로를 바꿀 땐 가스를 뿜는 추력기를, 몸을 살살 돌려 자세를 잡을 땐 연료가 필요 없는 반작용 휠을 써요. 밀어낼 것 하나 없는 텅 빈 우주에서 안에서 뿜거나 안에서 돌리는 방식으로 방향을 잡는 셈이랍니다 :)