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2018년 7월 25일 수요일

태양계 이야기 708 - 태양에 가장 가까이 다가설 우주선 Parker Solar Probe



(Illustration of Parker Solar Probe circling the Sun. Credit: NASA/JHUAPL)


 인류 역사상 태양에 가장 가까이 접근하게 될 나사의 파커 솔라 프로브 Parker Solar Probe가 올해 8월 발사를 앞두고 있습니다. 파커 솔라 프로브는 태양에서 600만km에서 1억930만km 거리의 타원 궤도를 돌게 됩니다. 물론 근일점에서는 각운동량 보존 법칙에 따라 속도가 빨라져 초속 200km에 달합니다. 따라서 인류가 만든 우주선 가운데 가장 빠른 우주선으로 기록될 것입니다. 


 파커 솔라 프로브는 태양과 그 주변 환경을 상세하게 조사하기 위해 글자 그대로 불구덩이에 뛰어드는 우주선입니다. 근일점에서 태양 복사 에너지는 지구 궤도의 540배에 달할 뿐 아니라 섭씨 100만도의 코로나 내부를 통과해야 합니다. 하지만 다행인 부분은 코로나가 그렇게 큰 위협은 아니라는 점입니다. 온도가 높은 대신 밀도가 매우 낮아 우주선에 큰 부담은 되지 않을 것입니다. 하지만 태양 복사 에너지는 그대로 견디는 수밖에 없습니다. 


 파커 솔라 프로브에는 우주선을 보호할 수 있는 지름 2.4m의 방열판이 있습니다. 두께 11.5 cm 의 Thermal Protection System(TPS)는 존스 홉킨스 응용 물리 연구소에서 개발한 것으로 Carbon-Carbon Advanced Technologies를 사용한 것입니다. 열에 강한 두 개의 탄소 복합재 사이에 탄소 복합 폼(carbon composite foam)을 샌드위치처럼 끼운 것으로 가벼울 뿐만 아니라 열을 차단하는 성능이 뛰어납니다. 방열판의 온도가 섭씨 1,300도 이상 올라가도 방열판 뒤의 우주선은 섭씨 30도 이하로 유지할 수 있습니다. TPS가 견딜 수 있는 최고 온도는 섭씨 1650도 정도입니다. 




(동영상) 
 하지만 모든 장비가 방열판 뒤에 숨을 순 없습니다. 태양에서 나오는 입자와 전자의 흐름을 측정할 Solar Probe Cup은 어쩔 수 없이 밖으로 나와야 합니다. 따라서 과학자들은 녹는점이 2,349 C인 몰리브덴 합금인 티타늄-지르코늄-몰리브덴 Titanium-Zirconium-Molybdenum 소재를 사용했습니다. 솔라 프로브 컵 내부에는 섭씨 3000도 이상에서 녹는 텅스턴 칩이 들어갑니다. 동시에 태양 전지에는 수냉식 냉각 장치가 탑재되어 과열되는 일부 부위를 빠르게 식혀줍니다.


 물론 이것만으로는 충분한 냉각이 되지 않을 수 있습니다. 하지만 다행하게도 파커 솔라 프로브는 긴 타원궤도를 돌면서 태양에 가까운 위치에서는 매우 빠르게 이동하고 먼 거리에서는 천천히 이동하게 됩니다. 따라서 항상 뜨거운 열에 노출되지 않는 것이 중요한 비결 가운데 하나입니다. 마지막으로 정확한 자세 제어 능력 덕분에 강렬한 태양 에너지에 우주선 본체가 노출되는 것을 막을 수 있습니다. 


 태양은 매일 같이 지구에 강렬한 빛을 보내고 있지만, 사실 우리는 태양이 지닌 많은 비밀들을 아직 알지 못하고 있습니다. 솔라 파커 프로브는 태양과 가장 가까운 위치에서 그 비밀을 밝혀낼 것입니다. 


 참고 


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