드리프트 주행 속의 궤도과학

https://chimhaha.net/orbit/22075

안녕하세요 썬더볼트입니다

저번에 올린 천체 사진 반응이 좋아

뻘글? 하나를 더 올려볼까합니다

(궤도님이 댓글달아주셔서 가문의 영광 ㅠㅠ)

어릴때부터 우주덕이라 별사진찍고

KSP로 게임속에서 맨날 로켓 쏴올렸는데

레이싱 드라이버로 활동하면서

드리프트와 우주궤도 형성이

뜬금없이 연관점이 있는게 아닌가?

라는 생각이 들어서 글을 써봅니다

드리프트란 대충 차를 이렇게 타는것

현재 하늘 위에는 수많은 인공위성들이 떠다니고 있습니다.

우리가 매일같이 이용하는 GPS 위성부터 

기상위성, 군사위성, 국제우주정거장까지.

단순히 떠있는게 아니라 지구를 중심으로 

빠른 속도로 회전하고 있습니다.

그리고 지구를 중심으로 회전하는 이 원운동 궤도라고 부릅니다.

인공위성이 어떻게 지구로 떨어지지 않고 

궤도를 형성하는지 알아본다면...

사실 인공위성은 지구의 중력으로인해 

계속 지표면으로 떨어지는 모양새입니다.

하지만 지구는 구에 가까운 형태이고 인공위성은 중력의 직각방향, 

지표면과의 수평 방향으로 빠르게 이동합니다.

지구의 중력과 지름을 감안 하였을떄 5m 하강하는 동안 

수평으로 8km를 이동한다면

인공위성의 고도는 동일하게 유지됩니다. 

대기권 밖은 공기저항이 없기때문에 

인공위성이 8km/s에 속도에만 도달할 수 있다면

감속 없이 등속운동을 하게되고 

결과적으로 일정한 궤도를 형성할 수 있습니다.

지구의 중력(구심력) 인공위성의 속도(원심력)가 

균형을 이룰 수 있는 최소한의 속도,

제1우주속도가 8km/s인 이유가 됩니다

설명을 조금더 추가해보자면,

사과와 만유인력으로 유명한 아이작 뉴턴은 

뉴턴의 대포라는 사고실험을 하게 됩니다.

대포를 지표면과 평행한 방향으로 

발사한다면 얼마 안가 땅에 떨어지겠죠.

더 강한대포를 사용한다면 더 멀리갈것이고

더더더 강한 대포를 사용한다면 더더더 멀리갈 것 입니다.

강한 대포를 사용할수록 중력으로 인해 

포탄이 수직으로 하강하는것보다 

수평방향으로 이동하는 거리가 커지고 

결과적으로 위에 그림과 같이

동일한 고도의 궤도를 형성하는것을 넘어 

지구 반대편에서는 더 높은 고도를 이루게 됩니다.

가속한시점(대포 발사)의 고도는 그대로지만 

대포가 강해질수록 지구 반대편에서의 고도는 높아집니다.

이제 인공위성의 궤도 수정을 살펴봅시다

인공위성을 잘 발사해서 A라는 지점을 지나는 

주차궤도를 형성하였습니다.

그리고 이제 B지점으로 인공위성을 옮기려고 합니다.

단순히 최단거리를 고려해서 A지점을 지나는 

순간 B를 향해 가속해서 가면 된다고 생각할 수 있지만

이런 방식의 이동은 궤도상에서 불가능합니다.

A지점에서 B를 향해 로켓 추진을 하는 순간 

회전속도와 합쳐져 엉뚱한 곳으로 튕기게 됩니다.

물론 엄청난 추진력을 사용한다면 성공할 수도 있지만 

그런 기술은 아직까지 없습니다.

해결방법은 바로 뉴턴의 대포입니다!

수평방향으로 가속하면 반대편에서의 

고도가 늘어나는 점을 활용하는거죠~

C지점을 지날때 수평방향 가속을 한다면 

자연스럽게 반대편인 B지점까지 고도가 높아지게 됩니다.

그리고 B지점에서 다시 수평방향으로 가속을하여 

반대편의 고도를 높여 보기좋은 원궤도를 만들어 줄 수 있습니다.

이를 호만전이궤도라고 부르며 우주공간에서 최소한의 추진력으로 

원하는 곳으로 갈 수 있는 방법으로 꼽힙니다. 

그.러.면.

대체 이게 드리프트랑 무슨 상관이냐라고 생각하실 타이밍일텐데요 

드리프트의 기초인 원돌이를 여기에 대입해보겠습니다.

중심콘이 지구, 제 차인 GT86이 

인공위성이라고 생각하시면 되겠습니다.

그리고 중력이 오버스티어, 

수평방향 진행이 카운터스티어에 대입이 되겠네요.

오버스티어가 발생하면 중심점으로 차가 끌려가게 됩니다. 

내버려두면 보기 좋게 안쪽으로 스핀해버리죠.

오버스티어로 차가 중심점에 가까워지는만큼 

원중심방향과 반대방향으로 스티어링을 꺾는 

카운터스티어를 통해 수평방향으로 이동해준다면

결국 중심점과 86의 거리는 일정하게 됩니다. 

이를 끊기지않고 쭉이어간다면 원돌이가 완성!

느낌이 안오실 분들을 위한 

드리프트 기초를 강습 영상

드리프트 기초 원돌이가 가능해진다면 

이제 원의 크기를 자유자재로 정할 수 있어야됩니다.

작은원을 돌다가 큰원으로 진행할때 많은 분들이 하는 실수가 

카운터 스티어 타각만 더 주는 건데요.

당장 눈앞에 포인트로 가고싶어 핸들을 꺽는다면 

그곳으로 향하지 못하고 리버스로 스핀해버리기 십상입니다.

마치 위에 그림에서 궤도상 A지점에서 

B지점으로 한큐에 가려는 행동과 비슷하죠

'드리프트는 지금의 조작이 즉시 결과로 나오는게 아니라 

이전의 조작이 지금의 결과가 된다.' 말이 있습니다.

원하는 라인이 있다면 그것에 맞춰서 

미리 행동을 개시해야 원하는 라인으로 갈 수 있다고 합니다.

이제 위에서 언급한 호만전이궤도를 떠올려봅시다.

가고자하는 곳으로 최단거리 돌격이 아니라 

반대편에서 가속을 해주면 만사오케이~

원을 넓혀야하는 곳에 도달하기 대략 반바퀴 전부터 

슬며시 엑셀페달을 더 밟아 가속해주면

86은 자연스럽게 반대편에서 중심콘에서 

멀어진 곳에 도달하게 됩니다!!!

그리고 그곳에서부터 쓰로틀량을 점점 더 늘려준다면 

처음 시작한 곳에서도 원이 커지면서

멋지게 큰원돌이가 완성되는거죠!

목표에서의 조작이 아니라 그 전의 조작으로 

결과가 만들어 졌습니다.

반대로 큰원에서 작은원으로 가고싶다면 

역시 반바퀴전부터 쓰로틀을 줄여주면

자연스럽게 작은원으로 진행할 수 있습니다. 

속도가 과하다 싶으면 왼발브레이킹을 활용해도 되구요.

인공위성도 마찬가지로 감속을 통해 고도를 낮춰 저궤도를 만들 수 있습니다. 

우주 왼발브레이킹은 역추진 로켓이 되겠네요~

아무리 복잡한 코스에서의 드리프트라도 

결국 어디를 중심으로 삼고 원돌이를 할것이냐의 싸움입니다

원돌이를 쪼개서 이어나간다고 보면 되는데요. 

고출력과 타각킷으로 마치 직선으로 가는듯한 드리프트도

결국 원돌이가 엄청나게 커졌기때문에 

직선으로 보이는듯한 착각만 일으키는 것입니다.

우주에서의 이동도 마찬가지입니다. 

어떤한 목표라도 그곳까지 직선으로 가는 경우는 없습니다.

원돌이 중심을 옮기듯이 어떤 천체의 중력권에 속해 

궤도를 형성할것이냐 싸움이죠.

화성탐사선의 경우 지구 공전 궤도에서 

태양을 공전하는 궤도로 옮겼다가 

다시 화성 공전 궤도로 옮겨가는 것 뿐입니다. 

마지막으로 달탐사선 아폴로 8호의 궤도를 보자면....

8자 주행과 동일해 보이지 않나요? 

우주와 아무런 연관없는 일에 종사하고있으며

KSP만 열심히 해본 ㅈ문가의 뻘글이었습니다.

궤도님과 물리학 고수님들의 태클 부탁드립니다 ㅠ