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2014년 2월 19일 수요일

태양계 이야기 214 - 좀더 구체적으로 진행되는 나사의 소행성 포획 계획



 이미 이전에 나사의 소행성 포획 계획에 대해서 설명드린 바 있지만 ( http://jjy0501.blogspot.kr/2013/09/Movie-Style-Asteroid-Capture-Plan.html 참조) ARM (Asteroid Redirect Mission)  이라고 알려진 소행성 포획 계획이 더 구체적으로 진행된다는 소식입니다. 물론 아직은 컨셉 단계를 완전히 벗어나지 못했지만 나사의 2014 년 회계 년도 예산에는 ARM 관련 예산이 1 억 500 만 달러가 포함되는 등 이제는 제안 단계를 벗어나 구체적인 실행 방법과 후보를 검토하고 기술적 타당성을 논의하는 단계로 넘어갔다는 이야기 입니다.



(소행성 포획 계획의 컨셉 아트  Credit : NASA)   


(이런 식으로 소행성을 포획   This conceptual image shows NASA’s Orion spacecraft approaching the robotic asteroid capture vehicle. The trip from Earth to the captured asteroid will take Orion and its two-person crew an estimated nine days.
Image Credit: NASA )


(최종적으로는 인간이 직접 탐사를 하게 됨 This concept image shows an astronaut preparing to take samples from the captured asteroid after it has been relocated to a stable orbit in the Earth-moon system. Hundreds of rings are affixed to the asteroid capture bag, helping the astronaut carefully navigate the surface. Image Credit: NASA



(ARM 설명 동영상) 


 ARM 은 지구에 근접하는 아주 작은 소행성을 위에 보이는 것 같은 포획 장치로 포획해서 달 궤도 근방으로 이동시켜 탐사하는 것입니다. 목표는 지구에 충돌할 위험이 있는 소행성을 안전하게 처리함과 동시에 소행성에 대한 과학적 탐사, 그리고 더 나아가서는 미래 소행성 자원 재취까지 염두에 둔 것으로 볼 수 있습니다.


 동영상에서 보듯이 소행성 포획용 우주선 (ARV : Asteroid Redirect Vehicle) 을 발사하는 것은 나사의 차세대 대형 로켓인 SLS (Space Launch System) 입니다. ARV 질량이 큰 바위덩이를 이동시키기 위해서 기존의 화학 로켓 대신 연료 효율이 우수한 이온 추진 로켓을 사용하는 방안이 검토되고 있습니다. 포획을 위한 캡처 백의 크기는 지름 20 미터에 길이 15 미터 급이 제안되고 있는데 대략 8.2 미터 지름의 소행성을 포획할 수 있을 것으로 보입니다. 이 정도 크기의 바위 덩이라면 사실 수백톤 이상의 질량을 가지기 때문에 이의 궤도를 변경시킬 수 있는 추진장치는 역대 최대급이 되어야 합니다. 




(오리온 우주선과 ARV 의 모습  Image Credit: NASA)  


 현재 제안되고 있는 ARV 의 제원은

 - Dry Mass : 3950 kg
 - Propulsion : 40 kW, 3000-s Hall thruster-based SEP  with four 10 kW thrusters  plus one spare
 - Propellant  : 12 t Xenon 
 - Power : 50 kW ROSA 혹은 MegaFlex solar arrays


 입니다. 즉 두개의 대형 태양전지를 이용해서 전력을 공급하고 이 전력으로 40 kW 급 이온 추진 엔진에 동력을 제공한다는 것입니다. 이 방식은 태양에너지를 이용해서 추전력을 얻기 때문에 SEP (Solar Electric Propulsion) 이라고도 부릅니다.  


 화학 반응 대신 이온을 가속시켜 추진력을 얻는 이온 로켓은 이미 나사의 여러 탐사선에 사용되고 있는데 대표적인 우주선이 던 (Dawn) 탐사선입니다. 던 탐사선은 연료로 0.43 톤의 제논 (Xenon) 을 필요로 하는 반면 ARV 는 최대 12 톤이나 되는 제논이 필요한데 이는 물론 엄청나게 질량이 큰 소행성을 이동시켜야 하기 때문입니다.


 소행성을 원하는 목적지에 이동시키면 오리온 우주선이 여기에 접근해서 랑데뷰해 여러가지 탐사를 진행하고 샘플을 지구로 가져오게 됩니다. 소행성 자체는 달 주변 궤도에서 지구를 공전하게 되며 이후의 탐사에서 사용될 수도 있고 다른 용도로 이용될 수 있습니다. 필요에 따라서는 지구 - 달 라그랑주 점으로 이동시킬 수도 있겠죠. 아마도 미래에는 이런 소행성에서 중요한 자원을 채취하는 날도 올지 모릅니다.  


 ARM 이 성공하기 위해서는 현재 나사가 개발 중인 오리온 우주선과 SLS 가 성공적으로 진행되어야 합니다. 그리고 추가로 26 억 달러에 달하는 예산이 ARM 에 투자될 수 있어야 합니다. 물론 프로젝트가 진행됨에 따라 코스트 상승에 직면할 수 있을 것입니다. 따라서 ARM 이 성공적으로 진행되어 2020 년대에 인류가 소행성을 포획해서 원하는 장소로 이동시킬 수 있을지는 두고봐야 알 수 있습니다. 


 일단 이 임무에 적당한 소행성을 찾는 것도 보통 어려운 일이 아니라고 합니다. 나사의 과학자들은 대략 6 - 12 미터급의 작은 소행성들이 매년 수십개씩 지구 달 궤도 사이를 지난다고 보고 있습니다. 다만 이 정도 작은 소행성을 100% 찾아내지는 못하고 있습니다. 나사는 역설적으로 거대한 전파 망원경과 대형 망원경을 동원해서 이런 작은 소행성들을 찾기 위해서 노력하고 있습니다. 


 개인적으로는 이제 기술적으로 소행성을 포획할 만한 수준에 도달하지 않았나 하는 생각입니다. 다만 실제로 그것이 가능하기 위해서는 역시 충분한 예산이 지원될 수 있어야 겠죠. 과연 나사의 야심찬 계획이 예산 삭감에서 살아남아 성공하게 될지 궁금합니다.   



 참고 







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