오베르트 효과

(♥ 0)


천문학
Astronomy
[ 펼치기 · 접기 ]

배경
기본 정보우주 · 천체
천문사고천문학 · 천동설 · 지동설 · 첨성대 · 혼천의 · 간의 · 아스트롤라베 · 올베르스의 역설 · 대논쟁 · 정적 우주론 · 정상우주론
천문학 연구천문학과 · 천문학자 · 우주덕 · 천문법 · 국제천문연맹 · 한국천문학회 · 한국우주과학회 · 한국아마추어천문학회(천문지도사) · 우주항공청 · 한국천문연구원 · 한국항공우주연구원 · 한국과학우주청소년단 · 국제천문올림피아드 · 국제 천문 및 천체물리 올림피아드 · 아시아-태평양 천문올림피아드 · 한국천문올림피아드 · 전국학생천체관측대회 · 전국청소년천체관측대회
천체물리학
천체역학궤도 · 근일점 · 원일점 · 자전(자전 주기) · 공전(공전 주기) · 중력(무중력) · 질량중심 · 이체 문제(케플러의 법칙 · 활력방정식 · 탈출 속도) · 삼체문제(라그랑주점 · 리사주 궤도 · 헤일로 궤도 · 힐 권) · 중력섭동(궤도 공명 · 세차운동 · 장동#천체역학 · 칭동) · 기조력(조석 · 평형조석론 · 균형조석론 · 동주기 자전 · 로슈 한계) · 비리얼 정리
궤도역학치올코프스키 로켓 방정식 · 정지궤도 · 호만전이궤도 · 스윙바이 · 오베르트 효과
전자기파흑체복사 · 제동복사 · 싱크로트론복사 · 스펙트럼 · 산란 · 도플러 효과(적색편이 · 상대론적 도플러 효과) · 선폭 증가 · 제이만 효과 · 편광 · 21cm 중성수소선 · H-α 선
기타 개념핵합성(핵융합) · 중력파 · 중력 렌즈 효과 · 레인-엠든 방정식 · 엠든-찬드라세카르 방정식 · 타임 패러독스
우주론
기본 개념허블-르메트르 법칙 · 우주 상수 · 빅뱅 우주론 · 인플레이션 우주론 · 표준 우주 모형 · 우주원리 · 암흑물질 · 암흑에너지 · 디지털 물리학(모의실험 가설) · 평행우주 · 다중우주 · 오메가 포인트 이론 · 홀로그램 우주론
우주의 역사우주 달력 · 우주배경복사(악의 축) · 재이온화
위치천문학
구면천문학천구 좌표계 · 구면삼각형 · 천구적도 · 자오선 · 남중 고도 · 일출 · 일몰 · 북극성 · 주극성 · 24절기(춘분 · 하지 · 추분 · 동지) · 극야 · 백야 · 박명
시간 체계태양일 · 항성일 · 회합 주기 · 태양 중심 율리우스일 · 시간대 · 시차 · 균시차 · 역법
측성학연주운동 · 거리의 사다리(연주시차 · 천문단위 · 광년 · 파섹)
천체관측
관측기기 및 시설천문대 · 플라네타리움 · 망원경(쌍안경 · 전파 망원경 · 간섭계 · 공중 망원경 · 우주 망원경) · CCD(냉각 CCD) · 육분의
관측 대상별자리(황도 12궁 · 3원 28수 · 계절별 별자리) · 성도 · 알파성 · 딥 스카이 · 천체 목록(메시에 천체 목록 · 콜드웰 천체 목록 · 허셜 400 천체 목록 · NGC 목록 · Arp 목록 · 글리제의 근접 항성 목록) · 스타호핑법 · 엄폐 · 록맨홀
틀:태양계천문학·행성과학 · 틀:항성 및 은하천문학 · 천문학 관련 정보


태양계 천문학·행성과학
Solar System Astronomy · Planetary Science
[ 펼치기 · 접기 ]

태양계
태양햇빛 · 태양상수 · 흑점(밥콕 모형) · 백반 · 프로미넌스 · 플레어 · 코로나 · 태양풍 · 태양권
지구지구 구형론(지구타원체) · 우주 방사선 · 지구자기장(자극점 · 지자기극점 · 다이나모 이론 · 오로라 · 밴앨런대 · 델린저 현상 · 지자기 역전 · 지자기 폭풍)
달빛 · 만지구 · 지구조 · 슈퍼문 · 블루 문 · 조석(평형조석론 · 균형조석론) · 달의 바다 · 달의 남극 · 달의 뒷면 · 월석 · 후기 대폭격
월식(블러드문 · 슈퍼 블루 블러드문) · 일식(금환일식) · 사로스 주기 · 엄폐
소행성체소행성(근지구천체 · 토리노 척도 · 트로이군) · 왜행성(플루토이드) · 혜성(크로이츠 혜성군)
별똥별정점 시율 · 유성우 · 화구 · 운석(크레이터 · 천체 충돌 · 광조)
우주 탐사심우주 · 우주선(유인우주선 · 탐사선 · 인공위성) · 지구 저궤도 · 정지궤도 · 호만전이궤도 · 라그랑주점 · 스윙바이 · 오베르트 효과 · 솔라 세일 · 테라포밍
천문학 가설태양계 기원설 · 티티우스-보데 법칙 · 네메시스 가설 · 제9행성(벌칸 · 티케 · 니비루) · 후기 대폭격
음모론지구 평면설 · 지구공동설
행성과학
기본 개념행성(행성계) · 이중행성 · 외계 행성 · 지구형 행성(슈퍼지구 · 바다 행성 · 유사 지구 · 무핵 행성) · 목성형 행성 · 위성(규칙 위성 · 준위성 · 외계 위성) · 반사율 · 계절 · 행성정렬 · 극점
우주생물학골디락스 존(온실효과 폭주) · 외계인 · 드레이크 방정식 · 우주 문명의 척도(카르다쇼프 척도) · 인류 원리 · 페르미 역설 · SETI 프로젝트 · 골든 레코드 · 아레시보 메시지(작성법) · 어둠의 숲 가설 · 대여과기 가설
틀:천문학 · 틀:항성 및 은하천문학·우주론 · 천문학 관련 정보



1. 개요
2. 가속도와 운동에너지 관점에서 오베르트 효과
3. 일의 관점에서의 설명
4. 모순?


1. 개요[편집]


오베르트 효과(Oberth effect)

우주 항해술에서 오베르트 기동은 우주선이 중력 퍼텐셜 안에 빠지면서 엔진을 가속하여 결과적으로 추가적인 속도를 얻는 기동인데 이 기동은 중력 퍼텐셜이 없을 때 가속하는 것보다 더 효율적으로 에너지를 얻을 수 있다. 즉, 속도가 빠를 때 가속하는 것이 느릴때 가속하는 것보다 더 효율적이라는 것이며, 이는 오베르트 효과로 설명된다. 이 효과의 이름은 1927년, 이 효과를 처음으로 고안한 오스트리아-헝가리 제국 헤르만슈타트[1] 출신 독일인 물리학자이자 현대 로켓 공학의 아버지인 헤르만 오베르트에게서 이름을 따왔다.

정석적으로 설명하자면, 우주선이 회전체 중심과 근점일 때, 즉 궤도 속도가 최대일 때 연료를 연소시키는 것이 가장 에너지 효율적이라는 것이다. 따라서, 오베르트 효과는 이온 엔진같은 가속이 느린 엔진들보단 액체 로켓같이 순간적인 가속이 빠른 엔진들에게 더 유용하다. 얼마나 유용한지 오베르트 효과를 위해 연료를 연소하면서까지 속도를 줄여서 중력장이라는 우물well 의 깊은 곳을 향해서 일부러 빠져들어가면서 가속할 정도. 다만, 지구 중력장의 영향권(Sphere Of Influence) 내에서 궤도비행만을 설계할때는 별달리 덕 볼것이 없고, interplanetary 미션을 설계 할때 극대화되는 효용성을 맛 볼 수 있을뿐이다. 어쩌면 십수년 후 일어날지도 모를 일이기도 하지만 서술하자면, 달의 남극지대에 구축된 발사 시설에서 탐사선이 출발하며 탐사 목적지를 타 행성에 맞추고서 미션을 설계한다면 일단, 달의 영향권을 서둘러 벗어나 지구를 향해 떨어지게끔 탐사선/로켓이 일련의 기동을 수행 한다. 약 3일 후엔 지구 지표면으로부터 200km 전후의 고도 영역을 스쳐 지나치면서 탐사선/로켓이 최대 속도를 가질때 가열차게 가속을 시켜주며 방향성을 잡는다면 흡사 역학적 에너지보존의 법칙을 위배하는듯이 운동에너지를 더 획득하게 되는 양상를 보이는 것. 엄밀히 계산하면 지구에서 달 남극지대로 재료를 운반하며 우주 화물선이 수차례의 가/감속 기동에 반영했어야만 했었던 에너지이기도 하다. [2] 어디서 공짜로 득만 볼순 없지 않는가?!


2. 가속도와 운동에너지 관점에서 오베르트 효과[편집]


로켓 기관은 추진제에서 가속을 받아 물리적 일을 한다. 추진제 분출 속도가 일정할 때, 일정한 양의 추진제가 주는 가속도도 일정할 것이다. 즉 같은 양의 추진제 당 속도 변화량이 같단 것이다.

이때 운동에너지는
[math(\frac{1}{2}mv^{2})] 인데
로켓이 2kg이며 초기 속도가 1m/s이라 하자. 여기에 1m/s를 가속하면
운동에너지가 1J에서 4J로 총 3J이 증가하는 반면,
로켓의 초기속도가 10m/s라면, 운동에너지가 100J에서 121J로 총 21J이 증가한다.
여기서, 고속일 때 가속하는 것이 더 효율적이라는 오베르트 효과를 간단히 보여줄 수 있다.


3. 일의 관점에서의 설명[편집]


로켓 엔진은 속도와 상관없이 항상 같은 힘을 만들어 내지만 속도가 0으로 고정되었다고 생각해보자. 그러면 아무리 엔진을 가동해도 로켓은 멈춰있으므로 일을 하지 않는다. 그럼 엔진이 한 일은 어디로 가는걸까? 모조리 다 손실되는 것이다. 그러나, 로켓이 속도를 가지고 움직인다고 생각해보자. 그러면 그 로켓이 한 일은 거리에 힘을 곱한 값인데, 힘을 일정하므로 거리에 비례할 것이다. 단위시간당 변위가 속도 이므로, 속도가 클 수록 한 일도 많아진다. 이때 한 일은 운동에너지로 전환 되므로 속도가 높으면 운동에너지를 더 많이 얻을 수 있는 것이다.


4. 모순?[편집]


이때, 에너지 보존 법칙이 성립하지 않는다고 생각할지 모른다. 그러나, 맨처음 속도가 0일 때, 에너지가 모두다 손실된다고 말한 것 처럼, 이 효과는 손실되는 에너지를 줄이는 것이다. 한마디로, 효율을 증대시키는 것이다. 또한 추진제의 화학 에너지보다 많은 운동 에너지를 얻는 것은, 이미 가지고 있는 운동에너지에 화학에너지가 더해지는 것이므로 에너지 보존 법칙에 위배되지 않는다.

파일:CC-white.svg 이 문서의 내용 중 전체 또는 일부는 2024-08-15 08:20:26에 나무위키 오베르트 효과 문서에서 가져왔습니다.


[1] 현재는 루마니아 트란실바니아 지방 시비우 시.[2] 모든걸 지구에서 절차를 거치며 절약된 많은 시간 또한 무시할 수 없다