우주선은 어떻게 비행하는가

수학 공식 없이 알아보는 우주 비행의 원리

그레이엄 스위너드 지음 | 서지형 옮김

푸른길 2020년 03월 02일 출간 종이책 : 2019년 12월 24일 출간

작품소개

책소개

우주 비행의 근본 원리를 직관적으로 폭넓게 다룬 우주과학 입문서
과학적 사전 지식 없이도 알기 쉬운 우주선 이야기

1957년, 소련은 세계 최초의 인공위성 스푸트니크 1호를 발사하였다. 다가올 우주 시대의 서막을 알리는 신호탄이었다. 그로부터 60여 년이 흐른 오늘날, 인공위성이 없는 세상에 적응하기란 쉬운 일이 아니다. 자동차와 스마트폰에는 으레 위성항법장치가 달려 나오고, 위성방송으로 일기예보를 시청하는 때조차 우주에서 촬영한 이미지가 등장한다. 지구관측위성은 지구온난화의 위험을 추적 관찰하고 있으며, 허블 우주망원경과 같은 과학위성은 우리의 우주관을 완전히 바꿔 놓았다. 통신위성을 비롯해 각종 궤도에 수없이 많은 위성들이 우리 생활 곳곳에 깊숙이 파고들어 있다.
이 책은 우주 분야 산학에서 30년 이상 활동한 전문가가 일반 독자를 대상으로 우주선의 원리를 소개한 입문서이다. 비 기술진을 위한 교육 프로그램을 토대로 작성한 텍스트이기 때문에 일체의 수학 공식을 배제하였으며, 우주선을 이해하는 데 필요한 과학적 지식을 기초부터 설명하고 있다.
시중에 우주선을 주제로 하는 서적의 대부분은 일화 중심의 아동서 또는 전공 서적으로 양분되어 있다. 이 책은 그 중간에 위치하는 교양 과학서적으로서 고등학생도 충분히 읽을 수 있을 정도로 쉽고 재미있지만, 한편으로 일반인은 접할 기회가 드문 전문적인 내용도 소개하고 있다. 학교에서 배워 익숙한 내용이라도 우주선이라는 맥락에서 연관 지어 생각하기 어려운데, 책의 내용을 따라가다 보면 우주선이라는 것이 무엇이고 왜 그렇게 만들어지는지 자연스럽게 이해할 수 있게 된다. 업계에서 경험을 쌓았을 뿐 아니라 대학에서 다년간 교육 프로그램을 맡은 저자의 이력에 힘입어, 교양 서적이면서도 전문성이 있고 우주선이라는 특수한 주제를 다루면서도 전달력이 뛰어난 책이 탄생했다. 쉽지 않은 이야기를 쉽게 풀어내면서 큰 틀 안에서 핵심을 짚는 모습을 보면, 이야기의 재미는 화자 하기 나름이라는 생각이 든다.
우주에 관심 있는 청소년이 많음에도 불구하고 그러한 관심을 충족시켜 줄 만한 책이 그리 많지 않은 현실이다. 학생들이 이른 시기에 좋은 책을 접하면, 우주를 향한 막연한 동경은 그 이상으로 발전할 기회를 맞는다. “이 책이 젊은 친구들에게 조금이라도 영감을 주어 우주과학과 엔지니어링 분야에 참여하도록 역할을 해 주기를 바란다”는 저자의 뜻에, 확신을 가질 만하다.

목차

추천사
서문
감사의 말
1. 우주의 역사
2. 기본 궤도
3. 실제 궤도
4. 원궤도와 타원궤도 너머
5. 궤도에 오르다
6. 환경에 관하여
7. 우주선 설계
8. 하위 체계 설계: 자세 바로!
9. 하위 체계 설계 더 보기
10. 21세기의 우주
11. 우주: 최후의 미개척지인가?
색인

출판사 서평

* 장별 설명

1장. 우주의 역사: 에라토스테네스, 코페르니쿠스, 케플러, 뉴턴 및 아인슈타인의 자취를 따라 인류의 우주관 변천사를 살핀다.
2장. 기본 궤도: 중력장 내 자유낙하로 궤도운동의 본질과 무중력 현상을 설명한다. 궤도를 구분하는 요소(형태, 크기, 궤도경사각 등)를 설명하고 대표적인 실용궤도를 소개한다.
3장. 실제 궤도: 우주선에는 다양한 섭동이 작용하기 때문에, 실제 궤도가 이상 궤도로부터 벗어나게 된다. 지구궤도 우주선을 중심으로 이상중력, 제3체 중력, 공력, 태양복사압의 영향을 알아본다.
4장. 원궤도와 타원궤도 너머: 스윙바이 궤도를 통한 중력 부스트, 소천체 주변 궤도, 라그랑주점 등 현대 우주선 임무에 중요한 역할을 담당하는 특수 궤도를 설명한다.
5장. 궤도에 오르다: 발사체, 즉 로켓 과학의 기본을 소개한다. 작용-반작용 원리, 다단 로켓, 상승 궤도 최적화, 발사 방향에 따른 지구 자전의 도움, 발사체 환경, 차세대 발사체 등을 간략하게 살펴본다.
6장. 환경에 관하여: 우주선은 발사 환경 및 우주 환경에 영향을 받는다. 태양이 우주 환경에 크나큰 영향력을 행사하는 점을 설명하고 기타 우주 환경이 우주선 설계에 어떤 영향을 미치는지 알아본다.
7장. 우주선 설계: 우주선은 각종 하위 체계의 총합이다. 하위 체계 각각의 정의, 우주선 설계 과정과 시스템 공학의 역할을 살펴본다.
8장. 하위 체계 설계_ 자세 바로!: 자세제어는 우주선의 회전 제어를 뜻한다. 자세제어계(ACS)가 무슨 일을 하는지, 자세제어 하드웨어는 어떻게 구성되는지, 자세 안정화 방식으로는 무엇이 있는지 소개한다.
9장. 하위 체계 설계 더 보기: 추진계, 전력계, 통신계, 데이터처리계(OBDH), 열제어계 및 구조계 등 자세제어계 외 기타 하위 체계의 역할과 설계에 대해 알아본다.
10장. 21세기의 우주: 21세기의 유인 우주 탐사 계획을 소개한다. 현재 국제우주정거장(ISS)이 유인 우주 활동의 전부이지만, 달 탐사 재개와 화성 탐사가 머지않았다. 추진 기술 동향도 간략히 소개한다.
11장. 우주_ 최후의 미개척지인가?: 지구근접천체(NEO)에 대한 대처, 지구 외 행성을 개척해야 할 상황 등을 다룬다. 항성 간 여행을 위한 방안(임펄스 엔진, 핵융합 로켓, 반물질 로켓, 워프 드라이브, 웜홀)을 살핀다.


“쉽게 눈에 띄지 않을 내용을 상당히 많이 다루고 있다. 이런 주제로 글을 재미있게 쓰기가 쉽지 않은데 본서는 명쾌하고도 매력적인 필치로 사람을 사로잡는다.”
-로빈 플레그, 「애스트로노미 나우」, 2009년 5월호

“일반 독자를 위한 책으로 아무런 사전 지식도 요하지 않는다. … 책의 핵심에서는 우주선 내 각종 하위 체계(전력, 추진, 통신 등)에 대한 논의와 설계 관련 해설이 이루어지지만… 한편으로는 ‘스타 트렉’, 워프 드라이브, 우주 엘리베이터도 언급하며 대중의 흥을 돋운다.”
-마크 윌리엄슨, IET 지식 네트워크, 2009년 5월

“이 책은 궤도의 종류, 섭동, … 우주선 설계와 관련된 수많은 시스템과 하위 체계 등 본질적인 주제에 집중한다. … 재미있고 잘 읽히며 우주선 엔지니어링 입문서로 손꼽을 만하다. … 저자는 맺는말에 ‘이 책이 젊은 친구들에게 … 영감을 주어 우주과학과 엔지니어링 분야에 참여하도록 역할을 해 주기 바란다’고 소회를 밝혔다. 그 뜻에 전폭적인 지지를 보낸다.”
-피터 본드, 「더 옵저바토리」, 2009년 10월호, 통권 제129호

작가정보

저자(글) 그레이엄 스위너드

영국 스테버니지 소재 브리티시 에어로스페이스 스페이스 시스템스(British Aerospace Space Systems)에 근무하였으며 1987년 사우샘프턴대학교 교수진으로 합류하였다. 2010년 동 대학교 우주항행학 부교수로 퇴임하였다. 현재는 공학 및 자연과학대학 방문교수로 활동하면서 꾸준히 연구 논문을 발표하고 있고, 학내 우주항행학 연구 그룹 소속으로서 전문가를 위한 우주 시스템 엔지니어링 단기 과정 교육 프로그램에 참여하고 있다.

번역 서지형

경희대학교에서 화학과 영어통번역학을 전공하였다. 수질분석센서 제조기업 로터스프로슈밍매니지먼트에서 근무하고 있다.