Space Mission Studio

2011년 7월 21일 오전 5시 57분(미국 동부 시각), 아틀란티스가 케네디 우주센터의 활주로에 멈춰 섰습니다. 우주왕복선의 135번째이자 마지막 비행, STS-135였습니다. 아틀란티스는 13일 동안 500만 마일 넘게 날았고, 마지막 구간은 엔진 없이 활공해 내려왔습니다.

첫 비행 STS-1은 1981년 4월 12일이었습니다. 그 뒤 30년 동안 궤도선 다섯 대가 5억 4,200만 마일 넘게 날았고, 16개국에서 온 355명이 모두 852차례 탑승했습니다. Mission Studio에서는 이 프로그램의 처음과 끝, STS-1과 STS-135를 다시 날려 볼 수 있습니다.

아틀란티스 같은 100톤짜리 궤도선은 엔진의 도움도 없이 지구 반대편에서 어떻게 활주로를 찾아올까요? 발사할 때 로켓은 왜 발사탑을 벗어나자마자 옆으로 기울까요? 달이나 화성으로 가는 임무라면 질문은 더 늘어납니다. 우주선은 발사대에서 달까지 어떤 길로 갈까요? 화성까지 가는 동안 엔진은 실제로 얼마나 오래 켜져 있고, 나머지 일곱 달 동안 우주선은 무엇을 할까요? Mission Studio는 태양계를 다루는 영화의 스토리보드를 그리려고 만들었습니다. 스토리보드는 바로 이 질문들에 답해야 합니다. 우주선이 실제로 어디에 있는지, 어느 쪽을 향하는지, 엔진을 켜고 있는지를요.

그래서 Mission Studio는 비행을 직접 계산합니다. Fly this mission을 누르면 Web Worker에서 도는 비행 계획기가 임무 전체를 물리 법칙으로 풉니다. 상승 구간은 발사체마다 실제 추력, 비추력, 질량을 넣어 단마다 수치 적분합니다. 지구와 달 사이의 비행은 지구·달·태양의 중력을 함께 넣어 적분합니다. 행성으로 가는 비행은 행성 중심의 쌍곡선 궤도와 태양을 도는 궤도를 이어 붙이고, 스윙바이는 B-평면을 겨눠 조준합니다. 우주왕복선 비행은 모든 궤도에 지구의 편평도를 넣고, 실제 도킹 시각에 맞춰 위상 조정 분사를 풀고, 재진입 때는 기체를 기울여(뱅크) 롤 리버설로 활주로 쪽을 향해 방향을 잡습니다. 행성은 JPL의 근사 궤도 요소를, 달은 Meeus의 달 운동 이론을 따르고, 별은 실제 성표에서 가져왔습니다.

무엇을 볼 수 있나요

• 비행 전체. 액체 연료 엔진은 T−0 몇 초 전에 발사대에서 먼저 켜지고, 그동안 고정 장치가 로켓을 붙잡고 있습니다. 고체 부스터는 0초에 점화합니다. 그 뒤로 상승과 단 분리, 주차 궤도와 궤도 전이 분사, 스윙바이, 대기권 진입과 낙하산, 스카이 크레인, 동력 착륙, 로버 주행, 달 이륙과 랑데부, 귀환까지 이어집니다. 우주왕복선 비행에서는 발사탑을 벗어난 기체가 몸을 돌려 궤도선이 탱크 아래에 거꾸로 매달린 자세가 되고, 2분 뒤 부스터가 떨어져 나가고, 궤도에 오르면 외부 연료 탱크가 떨어집니다. 궤도선은 국제우주정거장에 도킹하거나 로봇 팔로 허블 우주망원경을 화물칸에서 꺼내 놓아준 뒤, 재진입의 플라스마를 지나 진입 정렬 원뿔을 돌고 가파른 활강 경로를 따라 활주로에 내려앉습니다.
• 순간마다의 수치. 고도와 속도, 승무원이 느끼는 g, 추력, 남은 연료, 단별 Δv, 천체마다 당기는 힘(지구, 태양, 달, 목성…), 편도 교신 지연을 보여 줍니다. 단계마다 무슨 일이 일어나는지도 한두 문장으로 풀어 줍니다.
• 엔진 분사와 관성 비행. 엔진을 켠 구간은 굵은 주황색 띠로, 엔진을 끄고 관성으로 나아가는 구간은 가는 파란 선으로 그립니다. 3D 화면, 태양계 지도, 타임라인이 모두 같은 두 색을 씁니다.
• 소리. 스피커를 켜면 비행이 들립니다. 발사 순간에 가장 커지는 엔진 굉음, 상승과 재진입 때 공기를 가르는 소리, 낙하산이 펴지는 소리, 로버의 모터 소리, 카운트다운과 분리·착지 소리가 나고, 그 아래로 잔잔한 배경 음악이 흐릅니다. 모든 소리는 브라우저에서 실시간으로 합성합니다. Silent in vacuum을 켜면 실제 우주처럼 진공에서는 아무 소리도 나지 않습니다.
• 카메라 팀. 자동 추적 디렉터가 장면을 알아서 골라 줍니다. 궤도, 추적, 바라보기, 지상, 위에서 보기 카메라를 직접 고를 수도 있고, 12–3200 mm 렌즈와 2.39:1·1.85:1 화면비 가이드를 쓸 수 있습니다. Shot 버튼을 누르면 임무 시각, 카메라, 렌즈, 비행 데이터를 적은 슬레이트와 함께 장면이 저장되고, 모은 장면은 콘택트 시트로 보거나 텍스트로 복사할 수 있습니다. Layers에서 Film look을 켜면 필름 카메라로 찍은 것 같은 화면이 됩니다. 밝은 빛은 번지고, 가장 밝은 부분은 하얗게 잘리지 않고 부드럽게 넘어가며, 고운 입자가 화면 위를 흐릅니다.

우주선과 행성

우주선은 실물을 스캔한 모델, NASA가 직접 만든 모델, 공개된 도면을 바탕으로 만들었습니다. 우주왕복선 궤도선은 스미스소니언이 디스커버리호를 3D로 스캔한 모델이라, 실제 타일과 단열 담요, 세월의 흔적이 그대로 보입니다. 비행마다 그때의 궤도선(컬럼비아, 디스커버리, 아틀란티스)이 날던 모습대로 다시 칠했고, 스캔에서 뚫려 있던 창문에는 유리를 넣었습니다. 국제우주정거장은 NASA의 모델을, 아틀란티스가 우주왕복선의 마지막 비행으로 찾아간 2011년 7월의 모습으로 되돌린 것입니다. 아폴로 달 착륙선과 퍼서비어런스도 NASA의 모델입니다. 새턴 V와 우주왕복선의 외부 연료 탱크·고체 로켓 부스터는 CC BY로 공유된 모델을 발표된 치수에 맞춰 고쳤고, 새턴 V는 단마다 따로 맞췄습니다. 나머지는 공개된 치수와 사진을 보고 코드로 그렸습니다. 아폴로 사령선과 기계선, 1990년 발사 당시의 허블, 마스 2020의 순항단·에어로셸·스카이 크레인, 아틀라스-아제나와 매리너 4호, 창어 5호, 톈원 1호와 주룽, 유로파 클리퍼, 그리고 임무마다 그날의 모습 그대로인 발사대가 그렇습니다.

움직이는 부분도 실제처럼 움직입니다. 아폴로 발사탑의 스윙 암은 실제 시각에 맞춰 하나씩 로켓에서 젖혀집니다. 우주왕복선의 화물칸 문은 궤도에서 열리고, STS-31에서는 로봇 팔이 허블을 화물칸에서 들어 올리는 동안 태양 전지판이 펼쳐집니다. 퍼서비어런스는 스카이 크레인이 줄에 매달아 내리는 동안 바퀴를 폅니다. 달에서는 창어 5호가 땅을 뚫고 흙을 퍼 상승선에 담은 뒤 깃발을 펼치고, 그다음 상승선이 이륙합니다. 화성에서는 주룽이 몸을 펼치고 경사로를 따라 내려옵니다.

지구, 달, 화성은 실제 지도로 그립니다. 지구는 블루 마블에 육지와 해저의 지형을 넣고, 밤에는 블랙 마블의 도시 불빛을 띄웁니다. 달은 루나 리커니슨스 오비터(LRO)가 찍고 잰 색과 지형이고, 화성은 마스 글로벌 서베이어가 잰 지형 위에 Solar System Scope의 색 지도를 입혔습니다. 지구와 화성의 대기는 빛의 산란을 계산하는 물리 모델 하나를 따르기 때문에, 지상에서 본 하늘, 궤도에서 본 빛나는 대기의 가장자리, 먼 땅 위의 옅은 안개, 지면서 붉어지는 해, 화성의 버터스카치색 하늘이 모두 같은 모델에서 나옵니다. 발사 순간 배기는 화염 도랑에서 불길로 뿜어져 나와 뭉게뭉게 피어오르는 연기와 수증기 구름이 되고, 엔진이 가까이 있는 동안은 안에서부터 주황빛으로 빛납니다. 그 뒤에 남는 연기 자국은 바람을 따라 흐르고, 대기를 지나온 햇빛을 받아 빛납니다. 대기권에 진입할 때 빛나는 것은 기체에서 공기 흐름을 맞받는 면 앞의 충격층이고, 활공해 돌아올 때는 땅 가까운 습한 공기 속에서 날개 끝이 비행운 두 가닥을 뽑아냅니다.

임무

임무는 16개가 준비되어 있습니다. STS-1, STS-31, STS-135는 우주왕복선 비행입니다. 1981년의 첫 비행, 1990년의 허블 우주망원경 배치, 그리고 국제우주정거장에 도킹한 2011년의 마지막 비행입니다. 아폴로 8·11·13호, 아르테미스 II, 창어 5호, 매리너 4호, 마스 2020 퍼서비어런스, 톈원 1호와 주룽은 실제로 비행한 임무이고, 유로파 클리퍼는 지금 목성으로 가는 중입니다. 화성 시료 귀환, 스타십 유인 화성 착륙, 유인 화성 궤도 비행, 인스피레이션 마스는 공개된 설계를 따른 계획과 구상입니다. 비행을 시작하기 전에 발사체, 발사 날짜와 발사장, 주차 궤도, 비행 시간, 달 궤도 고도, 착륙 지점, 표면 체류 기간을 바꿀 수 있습니다. 우주왕복선은 궤도, 화물칸 탑재물, OMS 연료, 착륙 활주로, 감속 낙하산 사용 여부를 바꿀 수 있습니다.

얼마나 정확한가요

스토리보드와 교육을 위한 도구이고, 실제 임무 설계용은 아닙니다. 궤도를 임무 입력값으로 다시 풀기 때문에 사건 시각이 실제 임무와 가깝지만 똑같지는 않습니다. 예를 들어 아폴로 11호는 시뮬레이션에서 발사 후 약 103시간 37분에 착륙하고, 실제로는 102시간 45분에 착륙했습니다. 우주왕복선 착륙은 실제와 몇 분 차이입니다. STS-1은 1분쯤, STS-135는 2분 가까이 늦게 내려앉고, STS-31은 5분 반 일찍 내려앉습니다. 퍼서비어런스의 첫 주행은 2021년 3월 4일의 실제 주행을 따랐고, 그 뒤의 주행은 예시입니다.

시작하기

설정 화면에서 임무를 고르고 Fly this mission을 누르세요. 옆의 Sound를 체크하면 발사 소리를 들을 수 있습니다. 발사대에서 10초 카운트다운이 시작되고, Skip countdown을 누르면 바로 발사합니다. 화면을 끌면 카메라가 돌고, 스크롤하면 확대·축소됩니다. 왼쪽 아래 버튼으로 사건 사이를 오가고 시간 배속을 바꿀 수 있습니다. Auto warp를 켜 두면 분사나 착륙처럼 중요한 순간에는 시간이 저절로 느려집니다.

출처

새턴 V는 BoldlyBuilding의 “Saturn V”를, 우주왕복선의 외부 연료 탱크와 고체 로켓 부스터는 paburoviii의 “Space Shuttle Atlantis”를 바탕으로 했습니다. 둘 다 CC BY 4.0입니다. 지구의 구름과 화성의 색은 Solar System Scope(CC BY 4.0)에서 가져왔습니다. 모든 출처는 리포지토리의 README에 정리되어 있습니다.