로켓 재활용 시대, 일론 머스크의 인생에서 인공위성의 원리, 발사 과정,

 오늘은 세계 어느 나라와 국민들이 관심을 갖고 있는 인공위성에 대해 이야기를 나눠보겠습니다.발사 과정의 과학적 원리는 물론이고 우주로 떠돌아야 했던 로켓 쓰레기를 최근 어떻게 처리하고 있는지 일론마스크의 스페이스X에 관한 이야기와 감동 실화 영상도 함께합니다.

먼저 다음과 네이버 백과에 소개된 내용을 바탕으로 인공위성을 짧게 소개하겠습니다. 1. 인공위성 유인과 무인 두 종류가 있는데 대부분이 무인 인공위성입니다.궤도비행하는 인공위성의 착상은 아이작 뉴턴이 자신의 저서 ‘자연철학의 수학적 원리'(1687)에서 처음 제안했습니다.

<사진> Andrey ArmyagovSh utterstock.com 그는, 산꼭대기에서 지평선과 평행하고 매우 빠른 속도로 발사된 포탄은, 땅에 떨어지기 전에 지구 주위를 돈다고 말했습니다. 물체는 중력에 의해 지표면으로 곧바로 떨어지려고 하지만 운동량에 따라 물체는 곡선 경로를 그리면서 떨어진다. 속도가 더 커지면 이 물체는 달 궤도처럼 안정된 궤도에 오르거나 지구에서 완전히 벗어나게 된다는 이론을 뉴턴이 제안한 지 약 300년 뒤인 1957년 10월 4일 소련은 최초의 인공위성 스푸트니크 1호를 발사했다.미국은 석 달 뒤인 1958년 1월 31일에야 익스플로러 1호를 궤도에 올려놓았습니다. – [출처] Daum 백과

2. 인공위성의 원리면과 나란히 수평방향으로 발사된 포탄이 형성하는 궤적형태로 설명이 가능합니다.

<그림. 포탄의 발사속도와 생성궤적의 관계> 발사되는 포탄의 속도를 초속 1km로 시작하여 조금씩 올린다고 상상해 보세요. 포탄이 날아가는 거리는 조금씩 길어져 이론적으로 포탄의 속도가 초속 7.9km가 되면 다시 땅으로 떨어지지 않고 지구 주위를 맴돌게 될 것입니다. 그리고 만약 포탄의 속도가 초속 11.2킬로미터를 넘으면 지구 중력권을 탈출하게 됩니다. 결국 초속 7.9km 이상, 초속 11.2km 이하의 속도를 가진 인공위성은 중력에 의해 지구 주위를 돌게 됩니다. 이때 비행속도가 초속 7.9km이면 원궤도, 그 이상이면 지구의 중심을 하나의 초점으로 하는 타원궤도가 됩니다. – [출처] 네이버 지식백과

3. 인공위성의 발사 과정과 정지위성의 그림은 인공위성의 발사 과정을 시간별로 나타낸 모형인데요. 최초 발사 추진체로 사용되던 연료 로켓이 분리되어 위성이 대기권을 벗어나는 동안 열과 압력으로부터 보호하기 위해 사용된 페어링이 분리됩니다.

<그림. 인공위성의 발사과정 (북카라반)> 정지위성: 지구의 자전주기와 동일한 주기로 지구 주위를 공전하는 인공위성은 상대적으로 정지해 있는 것처럼 보이지만, 이 위성을 정지위성이라고 합니다. 정지위성의 주기는 24시간이기 때문에 공식적으로 넣어 계산하면 인공위성의 고도는 h=36,000km로 지구반경의 약 5.6배의 높이에 해당합니다. – 친절한 과학사전(물리편)

4. 인공위성 발사의 원리 발사 추진 원리는 운동 제 3의 법칙인 작용과 반작용의 법칙입니다.작용과 반작용의 법칙은 두 물체에 역으로 작용하는 힘으로 인공위성을 발사할 때는 그 역방향으로 가스와 기체를 분사하고 그 추진력으로 로켓이 발사됩니다.

5. 로켓 재활용 시대인 1926년 세계 최초로 액체연료 로켓이 발사된 이후 지금까지 수많은 로켓이 우주로 발사되었습니다. 하지만 로켓 임무를 마친 뒤 지구로 돌아오지 못하고 모두 산산조각난 채 고철 형태로 귀환하는 게 전부였어요. 그러나 2015년 로켓 팔콘9은 궤도 진입에 성공하여 임무 수행을 마친 후, 1단 추진 로켓이 지구로 안전하게 귀환했다고 합니다.

이것은 천문학적인 돈이 드는 우주 개발에 일대 중요한 사건이었어요. 추진 로켓을 회수하면 막대한 경제적 비용을 절감할 수 있고, 실제로 로켓을 재활용해 우주 발사 비용을 100분의 1 이하로 줄일 수 있기 때문에 경제적·환경적으로 매우 큰 의미가 있습니다.친절한 과학사전 (물리편) 2015년 1단 추진 로켓을 지구로 안전하게 귀환시킨 Space X 대표 일론마스크와 화성식민지 건설 상상도 입니다.

<그림, 화성 식민지 건설 상상도 - 출처 NASA> 일론 머스크는 매우 독특한 사람입니다.지구는 망하니까 화성을 개발한다는 목적으로 스페이스X라는 회사를 세웠고, 화성에 가서 탈 차가 필요해서 TESLA자동차회사를 세웠다고 해요.

그리고 그가 다시 투자할 사업 중 하나는 인터넷입니다. 지구에 4만 개의 위성을 띄워 북극이나 아마존까지 초고속 통신이 가능하도록 하는 거예요.기존 인터넷보다 40배는 빠르대요.
세계가하나되어좋을지모르지만상대적으로작은기업들의불만이많다고합니다.
<수업 후기> 아이들이 생각보다 인공위성에 대해 많이 알지 못해서 처음에는 매우 놀랐습니다. 하지만 그래서 모든 것을 신기하게 생각하면서 수업에 올인할 수 있었고 결과적으로는 좋은 수업이 되었습니다.
인공위성에 숨어있는 과학원리가 얼마나 많은가?뉴턴의 중력, 만유인력의 법칙작용과 반작용의 법칙 관성의 법칙 원심력과 구심력의 평형태양광 에너지 등등.
그리고 일롱마스크라는 사람을 통해 ‘인생을 내 앞에 놓인 문제만 보고 걱정하고 흥분해~’ 즉, 아등바등 살아온 삶에서 벗어나 미래를 바라볼 수 있는 사람, 나아가 다른 사람을 위해 내가 무엇을 할 수 있을까’를 생각하게 하는 수업이었습니다.
현재 일론 머스크가 세계 부호 1위를 했다고 하는데, 이분의 삶이 진정한 삶이라면 박수를 쳐요. 그리고 그의 특별한 생각이 정말 지구에 도움이 되기를 희망합니다.
네이버 지식백과를 링크 해놓을게요~ 읽을 것이 많아 아이들과 함께 읽고 대화하기에 좋습니다.바람둥이 억만장자 천재공학자 마블의 공상과학영화 아이언맨의 토니 스타크를 장식하는 말이다. 영화 아이언맨의 존 파블로 감독이 원작 만화 캐릭터 아이언맨(1963년)을 리메이크해 현대판 토니 스타크의 모델로 삼은 인물은 우주여행 프로젝트인 스페이스엑스와 전기차 회사인 테슬라모터스의 최고경영자 엘론 머스크다. (TIMEs 100 people who most affled를 닮은 꼴. 40 대 … terms.naver.com
* 엘론마스크 ‘팰컨 헤비’ 1단 추진 로켓이 지구로 귀환하는 장면을 담은 영상입니다. 추천드립니다.
* 인공위성 수업을 마친 후 2021년 1월 25일 새로운 소식이 발표되었습니다. 단일 로켓으로 최다인 위성 143기를 쏘아 올렸거든요. 일론마스크의 X가 이제 황금알을 낳는 거위로 바뀌었대요. 그의 성공신화는 어디까지일까요?
다음은 조선일보에 발표된 나일론 머스크 우주사업일지의 요약입니다.

조선일보 박건형 기자(2021.1.25)에게 도움이 된다면 ‘댓글’이나 ‘좋아요’를 부탁드립니다.