호만 전이 궤도

호만 전이 궤도(Hohmann transfer orbit)는 한 원 궤도에서 다른 원 궤도로 우주선이 효율적으로 이동하기 위한 타원 궤도를 의미한다. 발터 호만이 1925년에 발표한 논문에서 제시되었으며, 최소한의 추진력 변화(Δv)를 사용하여 두 궤도 사이를 이동하는 방법으로 널리 사용된다.

원리

호만 전이 궤도는 태양이나 지구와 같은 하나의 중심 천체를 공전하는 두 원 궤도 사이에서 이루어진다. 우주선은 현재 궤도에서 첫 번째 엔진 점화(burn)를 통해 타원 궤도로 진입하고, 이 타원 궤도의 원일점 또는 근일점에서 두 번째 엔진 점화를 통해 목표 궤도에 진입한다. 이 때, 두 엔진 점화는 순간적으로 이루어진다고 가정한다.

• 첫 번째 엔진 점화: 현재 궤도에서 우주선의 속도를 높여 타원 궤도로 진입시킨다. 이 타원 궤도의 근일점은 시작 궤도와 접하고, 원일점은 목표 궤도와 접한다.
• 두 번째 엔진 점화: 타원 궤도의 원일점에서 우주선의 속도를 다시 높여 목표 궤도와 같은 속도를 갖도록 한다. 이를 통해 우주선은 목표 궤도에 안정적으로 진입할 수 있다.

특징

• 최소 에너지 소비: 호만 전이 궤도는 동일 평면에 있는 두 원 궤도 사이를 이동할 때 가장 적은 추진력을 사용한다. 따라서 연료 소비를 최소화해야 하는 우주 미션에 주로 사용된다.
• 시간 소요: 최소 에너지를 사용하는 대신, 전이 궤도를 따라 이동하는 데 상당한 시간이 소요된다. 이는 타원 궤도의 주기에 따라 결정된다.
• 동일 평면 조건: 호만 전이 궤도는 두 원 궤도가 동일 평면에 위치해야 효율적이다. 궤도면이 다를 경우, 추가적인 추진력이 필요하다.

활용

호만 전이 궤도는 지구 저궤도(LEO)에서 정지 궤도(GEO)로의 위성 이동, 행성 간 탐사 등 다양한 우주 미션에 활용된다. 예를 들어, 화성 탐사선을 발사할 때 지구 궤도에서 화성 궤도로 이동하는 데 호만 전이 궤도가 사용될 수 있다.