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2016년 4월 13일 수요일

나사의 혁신적인 E-sail 시스템 - 장거리 우주 여행의 새로운 혁명될까?



(In this concept, long, very thin, bare wires construct the large, circular E-Sail that would electrostatically repel the fast moving solar protons. The momentum exchange produced as the protons are repelled by the positively charged wires would create the spacecraft’s thrust.
Credits: NASA/MSFC)


 솔라 세일은 태양에서 나오는 태양풍을 바람 대신 받아서 우주선을 추진하는 방식입니다. 이는 별도의 에너지원없이 추진이 가능하다는 큰 장점이 있지만, 동시에 대단히 큰 솔라세일이 있어야 충분한 추진력을 얻을 수 있다는 점 때문에 널리 이용되지는 못하고 있습니다. 태양풍이 지속적으로 나오기는 하지만, 그 압력이 매우 낮기 때문입니다. 


 나사의 마셜 고등 개념 연구소의 브루스 비그만(Bruce Wiegmann an engineer in Marshall’s Advanced Concepts Office)을 바롯한 연구자들은 E-Sail 이라는 새로운 개념의 추진 방식을 연구하고 있습니다. 


 개념적으로 태양에서 나오는 고에너지 입자를 이용해서 추진력을 얻는다는데서 솔라 세일의 변형이랄 수 있지만, 전자기력을 이용한다는 데서 획기적인 부분이 있습니다. 이들은 아주 길고 가느다란 와이어에 전류를 흘려보내 자기장을 만들고 이 자기장이 태양에서 나오는 양성자 같은 고에너지 입자와 반발하는 힘을 이용하는 방식을 제안했습니다. 


 E-sail은 솔라 세일에 비해서 매우 가볍고 제작이 쉽다는 장점이 있습니다. 극도로 얇고 가벼우면서 압력에도 견딜 수 있는 거대한 솔라 세일을 만드는 것보다 가느다란 전선을 넓게 펼치는 것이 기술적으로 매우 쉽기 때문입니다. 



(동영상)


 각각의 와이어는 1mm 두께에 불과하며 길이는 20km에 달합니다. 여기에 전류를 흘려보내 자기장을 만들어 우주선을 가속하면 태양계 외곽까지 훨씬 빠른 속도로 우주선을 보낼 수 있습니다. Heliopause Electrostatic Rapid Transit System (HERTS)라는 컨셉으로 개발 중인 E-sail은 현재 나사의 실험실에서 타당성을 검증하고 있습니다.



(Within a controlled plasma chamber -- the High Intensity Solar Environment Test system -- tests will examine the rate of proton and electron collisions with a positively charged tether. Results will help improve modeling data that will be applied to future development of E-Sail technology concept.
Credits: NASA/MSFC/Emmett Given)


 실제로 가능할지는 역시 두고봐야 알겠지만, 개념 자체는 혁신적인 것 같습니다. 나사의 과학자들은 이 방법이 실현되면 현재 보이저 우주선이 간 거리까지 가는 시간이 1/3 수준으로 단축될 것으로 보고 있습니다. 


 다만 이렇게 길고 가느다란 와이어를 완전한 원형으로 펼치고 전류를 유지할 수 있는지 여부는 검토가 필요해 보입니다. 


 성공 여부와는 관계없이 정말 재미있는 개념임에는 분명합니다. 이런걸 보면 인간의 상상력이란 얼마나 위대한 것인가를 느끼게 됩니다.  


 참고


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