스페이스 셔틀은 과거 미국 항공우주국 (NASA) 이 우주 개발 사업에 사용했던有人宇宙船으로, 궤도선 (오비터) 이라고 불리는 본체가 재사용 가능하다는 특징을 가졌습니다. 궤도에 도달한 스페이스 셔틀은 주 추진 엔진의 연료를 이미 소진한 상태였으며, 우주에서 귀환할 때는 지구 중력과 비행 중 주 날개에서 발생하는 양력을 세심하게 제어해야 했습니다. Bret 씨의 YouTube 동영상은 10 년 전인 기사 작성 시점에 공개되었으며, "스페이스 셔틀을 어떻게 착륙시키는지"를 설명합니다. 우주에서 스페이스 셔틀을 착륙시키세요 - YouTube
셔틀의 최종 목표는 케네디 우주 센터의 활주로에 착륙하는 것입니다. 그러나 셔틀은 우주 공간에서 시속 약 17,000 마일 (약 27,359 km/h) 라는 초고속으로 비행하고 있어, 단순한 방향 전환은 불가능합니다.
따라서 지구의 자전을 이용하여 착륙 지점이 가까워지는 것을 기다리는 전략이 채택됩니다.
또한 착륙할 활주로의 길이는 15,000 피트 (4,572 m) 이며, 안전한 착륙이 가능한 시속 약 225 마일 (약 362 km/h) 까지 감속해야 합니다.
그러나 귀환 시 셔틀에는 연료가 남아있지 않아 강력한 주 추진 엔진을 사용할 수 없습니다.
사용할 수 있는 유일한 것은 주 추진 엔진의 1% 미만의 출력만 가지는 궤도 제어 엔진뿐입니다.
따라서 대기권 진입 시 공기 저항을 이용하여 감속합니다.
'엔트리 (재진입)' 단계 시작 시 궤도 제어 엔진을 약 3 분간 궤도 탈출 연사로 발사하여 대기권 내하를 시작합니다.
내하를 시작하면 기체는 1,650 도의 고온에 노출됩니다.
고온 대응으로 기首部와 날개 전緣은 강화 탄소 - 탄소 패널로 내열 보호가 되어 있습니다.
또한 몸체는 2 만 장의 실리카 타일로 내열 보호가 되어 있습니다.
또한 대기권 진입 시 기체를 진행 방향과 40 도의 각도를 이루도록 하여 기체를 용융으로부터 보호합니다.
대기권 진입 후 셔틀의 날개가 양력을 발생시키기 때문에 의도하지 않게 고도를 높이는'스킵 현상'이 발생할 수 있습니다.
스킵 현상을 방지하고 내하를 제어하기 위해 셔틀은 좌우 어느 쪽으로 기체를 기울이는'뱅크'라는 조작을 수행합니다. 뱅크 각을 깊게 하면 양력이 아래쪽 방향으로 작용하여 내하가 빨라지므로 밀집한 공기에서 감속합니다.
반대로 뱅크 각을 얕게 하면 내하 속도가 느려지므로 얇은 공기에서 머물기 쉽습니다.
셔틀이 목표 지점에 도달할 수 있도록 속도와 거리를 조정한다는 관점에서 뱅크 각 조작은 일종의 에너지 관리입니다.
착륙 지점을 지나칠 것 같으면 뱅크 각을 깊게 하여 감속합니다.
반대로 도달이 어려운 경우 뱅크 각을 얕게 하여 감속을 억제합니다.
궤도에서 이탈할 수도 있습니다. 궤도가 이탈한 경우 반대로 롤을 하면 수정 가능합니다.
분당 8,000 마일 (약 12,875 km/h) 을 하회하면 셔틀은 코를 내리고迎え각을 줄여갑니다.
분당 1,700 마일 (약 2,736 km/h) 에 도달하면 단계가 '터미널 영역 에너지 관리 (TAEM)'로 전환되며, 셔틀은 '엔진 없는 비행기'처럼 조종됩니다. 이 단계에서는 피치 제어로 하강률을, 롤 제어로 회전을, 그리고 꼬리 날개의 스포일러 (스피드브레이크) 로 대기 속도를 제어합니다.
자동 제어 시스템은 탑재되어 있지만, 최종 진입 단계에서는 선장이 수동 제어 (Control Stick Steering: CSS) 로 전환합니다.
TAEM은 활주로 중앙선을 통과하고, 헤딩·아일먼트·콘 (Heading Alignment Cone) 이라 불리는 가상의 영역을 따라 회전하여 활주로 직선상의 '글라이드스로프'에 탑승합니다.
일반 항공기는 약 3 도의 글라이드스로프로 하강합니다.
그러나 셔틀은 '공중 콘크리트 블록'이라는 비유로 불릴 독특한 형태를 가지고 있어, 더 급한 20 도의 글라이드스로프와 분당 345 마일 (약 555 km/h), 분당 10,000 피트 (약 3,000 m/분) 라는 고속 하강률이 설정되어 있습니다.
최종 진입 단계의 셔틀 하강 속도는 자유 낙하하는 스카이다이버의 종단 속도와 견주게 됩니다.
2000 피트 (약 610m) 고도에서 '프리플레어'라고 불리는 코일업 (nose-up) 조작을 수행하여 고속 하강으로 인한 에너지를 감쇠시킵니다.
착륙 기어는 공기저항을 고려하여 300 피트 (약 91m) 고도에서 내려놓습니다.
그리고 약 26 피트 (약 8m) 고도, 시속 225 마일 (약 362km/h) 속도로 터치다운하여 드래그슈트를 발사하여 감속합니다.
궤도 탈출 추진에서 착륙까지의 일련의 과정은 약 1 시간 5 분을 소요하며, 연료가 없는 상태에서 한 번의 기회로 이루어집니다.
원문 보기 | 출처: Gigazine