우주선

우주선(宇宙船, )은 우주 공간에서 비행하고 작동하도록 설계된 운송 수단이다. 우주선은 통신, 지구 관측 위성, 기상 관측, 항법, 우주 이민, 행성 탐사, 그리고 인간 및 화물의 운송을 포함한 다양한 목적으로 사용된다. 단발궤도선을 제외한 모든 우주선은 스스로 우주에 도달할 수 없으며, 우주발사체(운반 로켓)가 필요하다.

준궤도 우주 비행에서 우주 비행체는 우주에 진입한 후 완전한 지구 주회 궤도를 형성하기에 충분한 에너지나 속도를 얻지 못한 채 다시 지표면으로 돌아온다. 궤도 우주 비행의 경우, 우주선은 지구나 다른 천체 주위의 폐쇄된 궤도에 진입한다. 유인 우주 비행에 사용되는 우주선은 처음부터 또는 궤도(우주정거장)에서만 승무원이나 승객으로서 사람을 태우는 반면, 무인 우주 임무에 사용되는 우주선은 자율적으로 또는 텔레로보틱스로 작동한다. 과학 연구를 지원하는 데 사용되는 무인 우주선은 우주 탐사선이다. 행성체 주위의 궤도에 머무는 무인 우주선은 인공위성이다. 현재까지 파이어니어 10호와 11호, 보이저 1호와 2호, 그리고 뉴 허라이즌스와 같은 소수의 성간 탐사선만이 태양계를 벗어나는 궤도에 있다.

궤도 우주선은 회수가 가능할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 대부분은 회수 불가능하다. 회수 가능한 우주선은 지구 대기권 진입 방식에 따라 날개가 없는 우주 캡슐과 날개가 있는 스페이스플레인으로 나눌 수 있다. 회수 가능한 우주선은 스페이스X 드래곤이나 우주왕복선 궤도선처럼 재사용 가능하거나, 소유스처럼 일회용일 수 있다. 최근 몇 년 동안 더 많은 우주 기관이 재사용 가능한 우주선으로 기우는 추세다.

인류는 우주 비행을 달성했지만, 소수의 국가만이 궤도 발사 기술을 보유하고 있다: 러시아(로스코스모스), 미국(NASA), 유럽 우주국 회원국들, 일본(JAXA), 중화인민공화국(CNSA), 인도(ISRO), 중화민국(TASA), 이스라엘(ISA), 이란(ISA), 그리고 조선민주주의인민공화국(NATA). 또한, 여러 민간 기업들이 정부 기관과는 독립적으로 궤도 발사 기술을 개발했거나 개발 중이다. 이러한 기업의 두 가지 두드러진 예는 스페이스X와 블루 오리진이다.

 역사 


베르너 폰 브라운이 공동 설계한 독일의 V-2 로켓은 1944년 6월 독일 페네뮌데에서 고도 189km에 도달했을 때 최초의 우주선이 되었다.Peenemünde (Dokumentation) Berlin: Moewig, 1984.. 스푸트니크 1호는 최초의 인공위성이었다. 1957년 10월 4일 소련에 의해 타원형의 지구 저궤도(LEO)로 발사되었다. 이 발사는 새로운 정치적, 군사적, 기술적, 과학적 발전을 가져왔으며, 스푸트니크 발사는 단일 사건이었지만 우주 시대의 시작을 알렸다. 기술적 최초라는 가치 외에도, 스푸트니크 1호는 위성의 궤도 변화를 측정함으로써 상층 대기층의 밀도를 식별하는 데 도움을 주었다. 또한 전리층에서의 라디오 신호 분포에 관한 데이터도 제공했다. 위성의 내부 몸체에 가압된 질소는 유성체 감지를 위한 첫 번째 기회를 제공했다. 스푸트니크 1호는 국제 지구물리 관측년 동안 카자흐 SSR(현재 바이코누르 우주 기지)의 제5 튜라탐 사격장 내 제1/5 발사대에서 발사되었다. 이 위성은 시속 의 속도로 여행하며 궤도를 한 바퀴 도는 데 96.2분이 걸렸고, 20.005 및 40.002 MHz의 무선 신호를 방출했다.

스푸트니크 1호가 지구 궤도를 돈 최초의 우주선이었지만, 다른 인공 물체들이 이전에 국제 기구인 국제 항공 연맹에서 우주 비행으로 간주하는 데 필요한 고도인 100km에 도달한 적이 있다. 이 고도를 카르만선이라고 부른다. 특히 1940년대에는 V-2 로켓의 여러 차례 테스트 발사가 있었으며, 그 중 일부는 고도 100km를 훨씬 넘었다.

 유인 및 무인 우주선 

 유인 우주선 

2016년 기준으로 소련/러시아, 미국, 중국의 세 국가만이 유인 우주선을 비행시켰다.
최초의 유인 우주선은 1961년 소련의 우주비행사 유리 가가린을 태우고 우주로 나가 지구 궤도를 완전히 한 바퀴 돈 보스토크 1호였다. 보스토크 우주선을 사용한 다른 유인 임무가 5차례 더 있었다. 두 번째 유인 우주선은 프리덤 7호였으며, 1961년 미국 우주비행사 앨런 셰퍼드를 태우고 가 조금 넘는 고도까지 준궤도 우주 비행을 수행했다. 머큐리 계획의 우주선을 사용한 유인 임무가 5차례 더 있었다.

기타 소련의 유인 우주선으로는 보스호트, 소유스, 무인으로 비행한 존드/L1, L3, TKS, 그리고 살류트와 미르 유인 우주정거장이 있다. 기타 미국의 유인 우주선으로는 제미니 계획 우주선, 아폴로 달 착륙선을 포함한 아폴로 우주선, 스카이랩 우주정거장, 유럽의 스페이스랩과 미국의 민간 스페이스해브 우주정거장 모듈이 부착된 우주왕복선 궤도선, 그리고 스페이스X 드래곤 2의 스페이스X 크루 드래곤 구성이 있다. 미국의 기업 보잉 또한 CST-100(일반적으로 스타라이너로 불림)라는 자체 우주선을 개발하여 비행시켰으나, 아직 유인 비행은 이루어지지 않았다. 중국은 슈광을 개발했으나 비행시키지는 않았고, 현재 선저우를 사용하고 있다(첫 유인 임무는 2003년이었다).

우주왕복선과 소련의 부란 스페이스플레인(후자는 단 한 번의 무인 테스트 비행만 수행됨)을 제외하고, 회수 가능한 유인 궤도 우주선은 모두 우주 캡슐이었다.

2000년 11월부터 승무원이 상주하고 있는 국제우주정거장은 러시아, 미국, 캐나다 및 여러 국가 간의 공동 사업이다.

 무인 우주선 


무인 우주선은 사람이 탑승하지 않은 우주선이다. 무인 우주선은 인간의 입력으로부터 다양한 수준의 자율성을 가질 수 있다. 이들은 원격 조종되거나 원격 유도되거나 심지어 자율적일 수도 있는데, 이는 별도의 지시가 없는 한 실행될 사전 프로그래밍된 작업 목록이 있음을 의미한다.

많은 우주 임무는 비용이 저렴하고 위험 요소가 적기 때문에 유인 운용보다는 텔레로보틱 운용에 더 적합하다. 또한, 금성이나 목성 부근과 같은 일부 행성 목적지는 인간이 생존하기에 너무 가혹하다. 토성, 천왕성, 해왕성과 같은 외행성은 현재의 유인 우주 비행 기술로 도달하기에 너무 멀리 떨어져 있으므로, 텔레로보틱 탐사선이 이를 탐사할 수 있는 유일한 방법이다. 텔레로보틱스는 우주선을 소독할 수 있기 때문에 지구 미생물에 의한 오염에 취약한 지역의 탐사도 가능하게 한다. 인간은 수많은 미생물과 공존하며 이러한 미생물을 우주선이나 우주복 내에 가두기 어렵기 때문에 우주선과 같은 방식으로 소독될 수 없다. 달, 행성, 태양, 그리고 여러 태양계 소천체(혜성과 소행성)를 연구하기 위해 다수의 우주 탐사선이 보내졌다.

무인 우주선의 특별한 종류로는 천체를 관측하는 데 사용되는 우주 공간의 망원경인 우주망원경이 있다. 최초의 가동 망원경은 1968년에 발사된 미국의 궤도 천문대 OAO-2와 1971년 우주정거장 살류트 1호에 실린 소련의 오리온 1 자외선 망원경이었다. 우주망원경은 관측하는 전자기파의 필터링과 왜곡(신틸레이션)을 피할 수 있고, 지상 관측소가 직면하는 광공해를 피할 수 있다. 가장 잘 알려진 예로는 허블 우주망원경과 제미니 웹 우주망원경이 있다.

화물 우주선은 식품, 추진제 및 기타 소모품을 운송하여 우주정거장의 운영을 지원하기 위해 화물을 운반하도록 설계되었다. 자동 화물 우주선은 1978년부터 사용되었으며 살류트 6호, 살류트 7호, 미르, 국제우주정거장 및 톈궁 우주정거장에 서비스를 제공해 왔다.

 기타 
일부 우주선은 유인 및 무인 우주선으로 모두 작동할 수 있다. 예를 들어, 부란 스페이스플레인은 자율적으로 작동할 수 있었고 수동 제어 장치도 갖추고 있었지만, 승무원이 탑승한 채 비행한 적은 없었다.

기타 유인/무인 겸용 우주선으로는 스페이스X 드래곤 2,   드림 체이서, 그리고 톈저우가 있다.

 우주선의 종류 

 통신 위성 

통신 위성은 트랜스폰더를 통해 라디오 전기 통신 신호를 중계하고 증폭하는 인공위성이다. 이는 지구상의 서로 다른 위치에 있는 소스 송신기와 수신기 사이에 통신 채널을 만든다. 통신 위성은 텔레비전, 전화, 라디오, 인터넷 및 군사적 용도로 사용된다. 많은 통신 위성은 적도 위  높이의 정지 궤도에 있어, 위성이 하늘의 같은 지점에 정지해 있는 것처럼 보인다. 따라서 지상국의 파라볼라 안테나를 해당 지점에 영구적으로 조준할 수 있으며 위성을 추적하기 위해 움직일 필요가 없다. 다른 위성들은 지구 저궤도에서 위성군을 형성하며, 이 경우 지상의 안테나는 위성의 위치를 따라가야 하며 위성 간의 전환을 자주 해야 한다.

전기 통신 링크에 사용되는 고주파 전파는 가시선 전파에 의해 이동하므로 지구의 곡선에 의해 차단된다. 통신 위성의 목적은 신호를 지구의 곡선 너머로 중계하여 지리적으로 멀리 떨어진 지점 간의 통신을 가능하게 하는 것이다. 통신 위성은 광범위한 라디오 및 마이크로파 주파수를 사용한다. 신호 간섭을 피하기 위해 국제기구는 특정 기관이 사용할 수 있는 주파수 범위 또는 "대역"에 대한 규정을 두고 있다. 이러한 대역 할당은 신호 간섭의 위험을 최소화한다.

 화물 우주선 
화물 또는 보급 우주선은 식품, 추진제 및 기타 소모품을 운송하여 우주정거장의 운영을 지원하기 위해 특별히 설계된 무인 우주선이다.

자동 화물 우주선은 1978년부터 사용되었으며 살류트 6호, 살류트 7호, 미르, 국제우주정거장 및 톈궁 우주정거장에 서비스를 제공해 왔다.

2023년 기준으로 세 종류의 화물 우주선이 국제우주정거장에 공급을 위해 사용되고 있다: 러시아의 프로그레스, 미국의 스페이스X 드래곤 2 및 시그너스이다. 중국의 톈저우는 톈궁 우주정거장에 공급을 위해 사용된다.

 우주 탐사선 

우주 탐사선은 심우주나 지구가 아닌 다른 천체를 탐사하기 위해 보내지는 무인 우주선이다. 이들은 행성 표면이나 행성 대기 중이 아닌 열린 우주에서 작동한다는 점에서 착륙선과 구별된다. 로봇을 사용하면 비용이 많이 들고 무거운 생명 유지 장치가 필요하지 않으므로(아폴로 유인 달 착륙에는 인플레이션을 감안할 때 발사당 10억 달러 이상의 비용이 드는 새턴 V 로켓이 필요했음), 더 가볍고 저렴한 로켓을 사용할 수 있다. 우주 탐사선은 태양계의 모든 행성과 명왕성을 방문했으며, 파커 태양 탐사선은 가장 가까운 지점이 태양의 채층에 있는 궤도를 돌고 있다. 포물선 궤도로 태양계를 벗어나고 있는 다섯 개의 우주 탐사선이 있는데, 이들은 보이저 1호, 보이저 2호, 파이어니어 10호, 파이어니어 11호, 그리고 뉴 허라이즌스이다.

 보이저 계획 

무게가 인 동일한 보이저 탐사선들은 1977년에 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 희귀한 배열을 이용하여 한 번의 임무로 네 행성을 모두 방문하고 중력 도움을 사용하여 각 목적지에 더 빨리 도달할 수 있도록 발사되었다. 사실, 탐사선을 발사한 로켓(타이탄 IIIE)은 탐사선을 토성 궤도까지 보낼 수도 없었지만, 2023년 현재 보이저 1호는 초당 약 로 여행하고 있으며 보이저 2호는 초당 약 의 속도로 움직이고 있다. 2012년에 보이저 1호가 태양권에서 벗어났고, 2018년에 보이저 2호가 그 뒤를 이었다. 보이저 1호는 실제로 보이저 2호보다 16일 늦게 발사되었지만, 보이저 2호는 천왕성과 해왕성을 방문할 수 있는 더 긴 경로를 택한 반면 보이저 1호는 천왕성이나 해왕성을 방문하지 않고 대신 토성의 위성 타이탄을 비행하는 경로를 선택했기 때문에 목성에 더 빨리 도달했다. 2023년 8월 현재 보이저 1호는 160 천문단위(AU)를 통과했으며, 이는 지구보다 태양에서 160배 더 멀리 떨어져 있음을 의미한다. 이로 인해 태양에서 가장 먼 우주선이 되었다. 보이저 2호는 2023년 8월 현재 태양에서 134 AU 떨어져 있다. NASA는 이들의 거리와 탐사선의 우주선 검출기 데이터를 실시간으로 제공한다. 시간이 지남에 따라 탐사선의 전력 출력이 감소하고 RTG가 열화됨에 따라, NASA는 전력을 절약하기 위해 특정 장비의 전원을 꺼야 했다. 탐사선들은 2020년대 중반이나 아마도 2030년대까지는 일부 과학 장비를 계속 가동할 수 있을 것이다. 2036년 이후에는 둘 다 심우주 통신망의 범위를 벗어나게 될 것이다.

 우주망원경 

우주망원경 또는 우주 관측소는 천체를 관측하기 위해 우주 공간에서 사용되는 망원경이다. 우주망원경은 관측하는 전자기파의 필터링과 왜곡을 피할 수 있고, 지상 관측소가 직면하는 광공해를 피할 수 있다. 이들은 하늘 전체를 지도화하는 위성(천문 측량)과 선택된 천체 또는 하늘의 일부 및 그 너머에 집중하는 위성의 두 가지 유형으로 나뉜다. 우주망원경은 기상 분석, 첩보 및 기타 유형의 정보 수집을 위해 지구를 향하는 지구 관측 위성과는 구별된다.

 착륙선 

착륙선은 지구 이외의 천체 표면에 연착륙을 하는 우주선의 일종이다. 필레나 아폴로 달 착륙선과 같은 일부 착륙선은 전적으로 자신의 연료 공급을 사용하여 착륙하지만, 많은 착륙선(및 지구로 돌아오는 우주선)은 특히 더 먼 목적지의 경우 에어로브레이킹을 사용한다. 이는 우주선이 연료 연소를 사용하여 궤도를 변경하여 행성(또는 위성)의 대기를 통과하게 하는 것을 포함한다. 우주선이 대기와 충돌하면서 발생하는 항력은 연료를 사용하지 않고도 속도를 줄일 수 있게 해주지만, 이는 매우 높은 온도를 발생시키므로 일종의 열 차폐가 필요하게 된다.

 우주 캡슐 

우주 캡슐은 최소 한 번 우주에서 돌아올 수 있는 우주선의 일종이다. 이들은 뭉툭한 모양을 가지고 있으며, 보통 필요한 것보다 많은 연료를 포함하지 않고 스페이스플레인과 달리 날개가 없다. 이들은 회수 가능한 우주선의 가장 단순한 형태이므로 가장 흔히 사용된다. 최초의 이러한 캡슐은 소련이 제작한 보스토크 캡슐로, 최초의 인류인 유리 가가린을 태웠다. 다른 예로는 각각 소련과 NASA에서 제작한 소유스와 오리온 캡슐이 있다.

 스페이스플레인 

스페이스플레인은 비행기의 형상으로 제작되고 그와 같이 작동하는 우주선이다. 최초의 사례는 1960년대에 고도  이상에 도달한 두 차례의 유인 비행을 수행한 노스아메리칸 X-15 스페이스플레인이었다. 이 최초의 재사용 가능한 우주선은 1963년 7월 19일 준궤도 경로로 공중 발사되었다.

궤도 비행이 가능한 최초의 재사용 스페이스플레인은 우주왕복선 궤도선이었다. 우주에서 비행한 최초의 궤도선인 컬럼비아 우주왕복선은 유리 가가린 비행 20주년인 1981년 4월 12일에 미국에 의해 발사되었다. 우주왕복선 시대 동안 6대의 궤도선이 제작되었으며, 그 중 6대 모두 대기권에서 비행했고 5대는 우주에서 비행했다. 엔터프라이즈는 보잉 747 SCA의 등에서 발사되어 캘리포니아주 에드워즈 공군 기지에 무동력 착륙을 하는 접근 및 착륙 테스트용으로만 사용되었다. 우주로 비행한 최초의 우주왕복선은 컬럼비아였고, 그 뒤를 이어 챌린저, 디스커버리, 애틀랜티스, 인데버가 비행했다. 인데버는 1986년 1월 STS-51-L 사고로 소실된 챌린저를 대체하기 위해 제작되었다. 컬럼비아는 2003년 2월 재진입 도중 공중분해되었다.

최초의 자율 재사용 스페이스플레인은 1988년 11월 15일 소련이 발사한 부란급 셔틀이었으나, 단 한 번의 무인 비행만 이루어졌다. 이 스페이스플레인은 승무원을 위해 설계되었으며 미국의 우주왕복선과 매우 흡사했으나, 분리형 부스터는 액체 추진제를 사용했고 주 엔진은 미국 셔틀의 외부 연료 탱크에 해당하는 부분의 하단에 위치했다. 소련의 붕괴로 복잡해진 자금 부족으로 인해 부란의 추가 비행은 무산되었다. 우주왕복선은 이후 필요시 자율 재진입이 가능하도록 개조되었다.

우주 탐사 비전에 따라, 우주왕복선은 주로 노후화와 비행당 10억 달러가 넘는 높은 프로그램 비용으로 인해 2011년에 퇴역했다. 셔틀의 인원 수송 역할은 스페이스X의 스페이스X 드래곤 2와 보잉의 CST-100 스타라이너로 대체될 예정이다. 드래곤 2의 첫 유인 비행은 2020년 5월 30일에 이루어졌다. 셔틀의 중화물 운송 역할은 우주 발사 시스템 및 ULA의 불칸 로켓과 같은 소모성 로켓 및 상업용 발사체로 대체될 예정이다.

스케일드 컴포지츠의 스페이스십원은 2004년에 안사리 X 프라이즈를 수상하기 위해 조종사 마이크 멜빌과 브라이언 비니를 태우고 연속 비행을 수행한 재사용 가능한 준궤도 스페이스플레인이었다. 더 스페이스십 컴퍼니는 후속작인 스페이스십투를 제작했다. 버진 갤럭틱이 운영하는 스페이스십투 함대는 2014년에 유료 승객을 태우고 재사용 가능한 민간 우주 비행을 시작할 계획이었으나, VSS 엔터프라이즈 추락 사고 이후 연기되었다.

 우주왕복선 

우주왕복선은 퇴역한 재사용 가능 지구 저궤도 발사 시스템이다. 이 시스템은 낙하산으로 착륙하여 바다에서 회수되는 두 개의 재사용 가능 고체 로켓 부스터(NASA의 SLS 로켓에 의해 추월당하기 전까지 가장 강력한 로켓 모터였으며, 이륙 추력은 부스터당 에서 곧 로 증가했다. 연료는 PBAN과 APCP의 조합을 사용함), 액체 산소/액체 수소 추진제 조합을 사용하는 3개의 RS-25 엔진을 갖춘 우주왕복선 궤도선, 그리고 RS-25 엔진이 연료를 공급받는 밝은 주황색의 일회용 우주왕복선 외부 연료 탱크로 구성되었다. 궤도선은 NASA의 케네디 우주 센터에서 발사되어 주로 케네디 우주 센터의 일부인 셔틀 착륙 시설에 착륙하는 스페이스플레인이었다. 캘리포니아주의 반덴버그 우주 발사 단지 6도 셔틀 발사를 위해 개조되었으나 사용되지는 않았다. 이 발사 시스템은 동쪽 방향의 지구 저궤도로 약 를 올릴 수 있었다. 각 궤도선의 무게는 대략 였으나, 궤도선마다 무게와 페이로드가 달랐으며 컬럼비아가 가장 무거웠고 챌린저는 컬럼비아보다 가벼웠지만 나머지 세 대보다는 무거웠다. 궤도선 구조는 대부분 알루미늄 합금으로 구성되었다. 궤도선에는 승무원을 위한 7개의 좌석이 있었지만, STS-61-A에서는 8명의 승무원이 탑승한 채 발사가 이루어졌다. 궤도선에는 너비 , 길이 의 페이로드 베이가 있었으며, 현재 국제우주정거장에서 사용되는 업그레이드 버전의 전신인  길이의 캐나다암1도 장착되어 있었다. 대기권 진입 시의 극심한 열과 우주의 냉기로부터 보호하기 위해 사용된 궤도선의 열 차폐막(또는 우주왕복선 내열 시스템)은 무게와 재진입 시 해당 구역이 받는 열의 정도에 따라 서로 다른 재료로 만들어졌으며, 그 범위는  이상에서  미만까지 다양했다. 궤도선은 수동으로 조종되었으나, 서비스 기간 중에 자동 착륙 시스템이 추가되었다. 궤도 투입, 궤도 변경 및 탈궤도 연소에 사용되는 모노메틸하이드라진(MMH)과 사산화 이질소라는 극저온 추진제를 사용하는 궤도 기동 시스템(Orbital Manoeuvring System)이라는 궤도 내 기동 시스템을 갖추고 있었다.

셔틀의 목표는 발사 비용을 획기적으로 낮추는 것이었으나, 비슷한 소모성 발사체보다 훨씬 더 비싼 비용이 들게 되었다. 이는 값비싼 재정비 비용과 외부 연료 탱크의 소모 때문이었다. 일단 착륙이 이루어지면 SRB와 궤도선의 많은 부품을 분해하여 점검해야 했으며, 이는 길고 고된 작업이었다. 또한 RS-25 엔진은 몇 번의 비행마다 교체해야 했다. 각각의 내열 타일은 궤도선의 특정 구역에만 장착되어야 했기에 복잡성을 더했다. 게다가 셔틀은 다소 위험한 시스템이었는데, 내열 타일이 부서지기 쉬워 손으로 쉽게 긁어낼 수 있을 정도였으며 많은 비행에서 손상되곤 했다. 1981년부터 2011년까지 30년간의 서비스와 135회의 비행을 마친 후, 셔틀은 유지 비용 문제로 퇴역했으며 남은 3대의 궤도선(나머지 두 대는 사고로 파괴됨)은 박물관에 전시될 준비를 마쳤다.

 기타 
일부 우주선은 일반적인 우주선 범주에 딱 들어맞지 않는다. 다음은 이러한 우주선들의 목록이다.

 스페이스X 스타십 

스타십은 미국의 항공우주 기업 스페이스X가 개발 중인 우주선이자 상단이다. 부스터인 슈퍼 헤비 위에 적재되어, 동일한 이름의 스타십 초대형 리프트 발사체를 구성한다. 이 우주선은 지구 궤도, 달, 화성 및 잠재적으로 그 너머를 포함한 다양한 목적지로 승무원과 화물을 모두 운송하도록 설계되었다. 최대 100명의 승무원을 태우고 장기 행성 간 비행을 가능하게 하는 것을 목표로 한다. 또한 지구상의 지점 간 수송이 가능하여 세계 어디든 한 시간 이내에 여행할 수 있게 할 것이다. 나아가, 이 우주선은 다른 스타십 우주선에 연료를 보급하여 더 높은 궤도와 다른 우주 목적지에 도달할 수 있도록 하는 데 사용될 것이다. 스페이스X의 CEO인 일론 머스크는 트윗을 통해 지구 저궤도에서 스타십에 연료를 완전히 보급하려면 스타십의 궤도 페이로드와 완전히 충전된 스타십에 들어가는 연료량을 추산했을 때 8번의 발사가 필요할 것이라고 추측했다. 달과 같이 대기가 없는 천체에 착륙하기 위해 스타십은 엔진과 추진기를 발사하여 속도를 줄일 것이다.

 미션 익스텐션 비히클 

미션 익스텐션 비히클(Mission Extension Vehicle, MEV)은 다른 우주선의 수명을 연장하기 위해 설계된 무인 우주선이다. 대상 우주선에 도킹한 다음 그 방향이나 궤도를 수정하는 방식으로 작동한다. 이는 또한 자체 연료를 사용하여 대상을 올바른 궤도로 이동시킴으로써 잘못된 궤도에 있는 위성을 구조할 수 있게 해준다. 이 프로젝트는 현재 노스롭 그루먼 이노베이션 시스템즈(Northrop Grumman Innovation Systems)에서 관리하고 있다. 2023년 기준으로 2대가 발사되었다. 첫 번째는 2019년 10월 9일 프로톤 로켓으로 발사되어 2020년 2월 25일 인텔샛-901과 랑데부했다. 이 위성은 2025년에 최종 묘지 궤도로 이동하기 전까지 위성과 함께 머물 것이며, 이후 기체는 다른 위성과 랑데부할 것이다. 다른 하나는 2020년 8월 15일 아리안 5 로켓으로 발사되었다.

 하부 시스템 

우주선의 하부 시스템은 임무 프로필에 따라 다양한 하부 시스템으로 구성된다. 우주선 하부 시스템은 위성 버스에 장착되며, 자세 결정 및 제어(ADAC, ADC 또는 ACS라고도 함), 유도 항법 및 제어(GNC 또는 GN&C), 통신(comms), 명령 및 데이터 처리(CDH 또는 C&DH), 전력(EPS), 열 제어(TCS), 추진 및 구조를 포함할 수 있다. 일반적으로 버스에는 페이로드가 부착된다.

 생명 유지 장치
 유인 우주 비행을 목적으로 하는 우주선은 승무원을 위한 생명 유지 장치도 포함해야 한다.


 자세 제어
 우주선은 회전을 멈추고(디텀블링), 우주에서 올바른 방향을 잡으며 외부 돌림힘과 힘에 적절히 반응하기 위해 자세 제어 하부 시스템이 필요하다. 이는 리액션 휠을 사용하거나 작은 로켓 추진기를 사용할 수 있다. 자세 제어 하부 시스템은 제어 알고리즘과 함께 센서와 액추에이터로 구성된다. 자세 제어 하부 시스템은 과학적 목적을 위한 정확한 조준, 태양광 패널의 전력을 위한 태양 조준, 통신을 위한 지구 조준을 가능하게 한다.

 GNC
 유도(Guidance)는 우주선을 원하는 곳으로 조종하는 데 필요한 명령(보통 CDH 하부 시스템에 의해 수행됨)의 계산을 의미한다. 항법(Navigation)은 우주선의 궤도 요소나 위치를 결정하는 것을 의미한다. 제어(Control)는 임무 요구 사항을 충족하기 위해 우주선의 경로를 조정하는 것을 의미한다.

 명령 및 데이터 처리
 C&DH 하부 시스템은 통신 하부 시스템으로부터 명령을 수신하여 명령의 유효성 검사 및 해독을 수행하고, 적절한 우주선 하부 시스템 및 구성 요소로 명령을 배분한다. CDH는 또한 다른 우주선 하부 시스템 및 구성 요소로부터 상태 데이터와 과학 데이터를 수신하며, 데이터를 데이터 기록 장치에 저장하거나 통신 하부 시스템을 통해 지상으로 전송하기 위해 패키징한다. CDH의 다른 기능으로는 우주선 시계 유지 및 상태 모니터링이 있다.

 통신
 로봇 및 유인 우주선은 지상국과의 통신 및 위성 간 서비스를 위해 다양한 통신 시스템을 갖추고 있다. 기술에는 우주 무선국 및 광 통신이 포함된다. 또한 일부 우주선 페이로드는 수신기/재전송기 전자 기술을 사용한 지상-지상 통신을 명시적인 목적으로 한다.

 전력
 우주선은 다양한 우주선 하부 시스템에 전력을 공급하기 위해 전기 에너지 생성 및 분배 하부 시스템이 필요하다. 태양 근처의 우주선의 경우, 전기를 생성하기 위해 태양광 패널이 자주 사용된다. 목성과 같이 더 먼 곳에서 작동하도록 설계된 우주선은 전기를 생성하기 위해 방사성동위원소 열전기 발전기(RTG)를 사용할 수 있다. 전기는 전기 버스를 통해 다른 우주선 구성 요소로 전달되는 전력 분배 장치를 통과하기 전에 전력 조절 장비를 통해 보내진다. 배터리는 일반적으로 배터리 충전 조절기를 통해 버스에 연결되며, 지구 저궤도 우주선이 지구에 의해 가려지는 경우와 같이 기본 전력을 사용할 수 없는 기간 동안 전기를 제공하는 데 사용된다.

 열 제어
 우주선은 지구 대기권 통과와 우주 환경을 견디도록 설계되어야 한다. 이들은 수백 도의 섭씨 온도 범위와 (재진입 시) 플라스마가 존재하는 진공 상태에서 작동해야 한다. 재료 요구 사항은 베릴륨 및 강화 탄소-탄소와 같은 고융점, 저밀도 재료 또는 (고밀도에도 불구하고 두께 요구 사항이 낮을 수 있는) 텅스텐이나 어블레이티브 탄소-탄소 복합재가 사용되어야 한다. 임무 프로필에 따라 우주선은 다른 행성체의 표면에서 작동해야 할 수도 있다. 열 제어 하부 시스템은 특정 복사 특성을 가진 재료 선택에 의존하는 수동적일 수 있다. 능동 열 제어는 전기 히터와 루버와 같은 특정 액추에이터를 사용하여 특정 범위 내에서 장비의 온도 범위를 제어한다.

 우주선 추진
 우주선은 임무 프로필이 추진력을 요구하는지 여부에 따라 추진 하부 시스템을 가질 수도 있고 없을 수도 있다. 스위프트 우주선은 추진 하부 시스템이 없는 우주선의 예이다. 일반적으로 LEO 우주선은 고도 조정(항력 보정 기동) 및 궤도 경사 조정 기동을 위한 추진 하부 시스템을 포함한다. 모멘텀 관리 기동을 수행하는 우주선에도 추진 시스템이 필요하다. 재래식 추진 하부 시스템의 구성 요소에는 연료, 탱크, 밸브, 파이프 및 추진기가 포함된다. 열 제어 시스템은 이러한 구성 요소의 온도를 모니터링하고 우주선 기동을 준비하기 위해 탱크와 추진기를 예열함으로써 추진 하부 시스템과 상호 작용한다.

 구조
 우주선은 우주발사체에 의해 전달되는 발사 하중을 견디도록 설계되어야 하며, 다른 모든 하부 시스템을 부착할 수 있는 지점이 있어야 한다. 임무 프로필에 따라 구조 하부 시스템은 다른 천체의 대기 진입 및 다른 천체 표면 착륙 시 가해지는 하중을 견뎌야 할 수도 있다.

 페이로드
 페이로드는 우주선의 임무에 따라 달라지며, 일반적으로 우주선에서 "수익을 창출하는" 부분으로 간주된다. 일반적인 페이로드에는 과학 기기(예: 사진기, 망원경 또는 입자 검출기), 화물 또는 인간 승무원이 포함될 수 있다.

 물류 지원 
 지상 부문

 지상 부문은 우주선의 운용에 필수적이다. 정상 운용 중에 사용되는 지상 부문의 일반적인 구성 요소에는 비행 운용팀이 우주선의 운용을 수행하는 임무 운용 시설, 데이터 처리 및 저장 시설, 우주선으로 신호를 방출하고 우주선으로부터 신호를 수신하는 지상국, 그리고 모든 임무 요소를 연결하는 음성 및 데이터 통신 네트워크가 포함된다.

 우주발사체
 우주발사체는 우주선을 지구 표면에서 대기를 통과하여 궤도로 추진시키며, 정확한 궤도는 임무 구성에 따라 달라진다. 우주발사체는 소모성이거나 재사용 가능할 수 있다. 단발궤도선 로켓에서 로켓은 그 자체로 우주선으로 간주될 수 있다.

 우주선 기록 
 가장 빠른 우주선 
파커 태양 탐사선 (첫 번째 태양 근접 통과 시 시속 로 추정되며, 최종 근일점에서 시속 에 도달할 예정)
헬리오스 I 및 II 태양 탐사선 (시속 )

 태양에서 가장 멀리 있는 우주선 

 보이저 1호: 2022년 4월 기준 156.13 AU, 연간 약 의 속도로 멀어지는 중
 파이어니어 10호: 2018년 12월 기준 122.48 AU, 연간 약 의 속도로 멀어지는 중
보이저 2호: 2020년 1월 기준 122.82 AU, 연간 약 의 속도로 멀어지는 중
파이어니어 11호: 2018년 12월 기준 101.17 AU, 연간 약 의 속도로 멀어지는 중

 같이 보기 
 미확인 비행 물체

 각주 

 외부 링크 

  우주 과학 임무, NASA 
  우주 비행의 기초, JPL/Caltech