히치하이킹의 사전적 정의는 여행을 위해 다른 사람의 차를 얻어타는 행위입니다. 그런데 나사의 과학자들이 우주 공간에서 히치하이킹을 계획하고 있습니다. 이들의 계획은 SF 소설에나 나올법한 이야기라 실현 가능성은 장담하기 어렵지만, 가능하다면 우주 탐사에 새로운 기회를 제공할 수 있습니다.
일단 히치하이킹의 대상은 지구 주변을 지나는 소행성과 혜성입니다. 사실 우주선에 필요한 에너지를 다른 행성이나 천체에서 빌려쓰는 일은 드물지 않게 있습니다. 바로 중력 도움이라고 하는 것이죠. 행성 주변을 플라이바이 하면서 많은 우주선들이 속도를 얻었습니다.
문제는 충분한 속도를 얻기 위해서는 행성처럼 (가장 좋은 대상은 물론 목성) 큰 천체를 사용해야 한다는 점입니다. 태양계에 행성이 몇 개 없다보니 항상 우주선을 발사할 수 있는 기회가 매우 제한적으로만 있었고 그 마저도 모든 행성을 다 이용할 수 있는 기회는 드물었습니다. 사실 보이저1/2 호는 꽤 좋은 기회를 이용한 사례입니다.
그런데 사실 중력 도움 방식을 사용하기에 너무 작은 소행성과 혜성이라고 해도 상당한 운동에너지를 지니고 있습니다. 만약 이들을 긴 줄로 연결해서 우주선을 견인하게 만들면 연료 없이도 우주선의 속도를 높일 수 있습니다. 밧줄이 달린 작살 같은 도구로 소행성이 우주선을 견인하는 방법입니다.
(개념도. This artist concept shows Comet Hitchhiker, an idea for traveling between asteroids and comets using a harpoon and tether system.
Credits: NASA/JPL-Caltech/Cornelius Dammrich)
이 방법은 가능만 하다면 플라이바이 방식보다 훨씬 많은 대상에서 운동에너지를 뽑아 쓸 수 있으므로 훨씬 자유자재로 장거리 우주선을 발사할 수 있다는 장점이 있습니다. 연료를 크게 절약할 수 있는 것은 말할 필요도 없습니다. 문제는 가능하냐죠.
나사 제트추진 연구소의 연구 책임자인 오노 마사히로(Masahiro Ono, principal investigator based at JPL)는 혜성 히치하이커(Comet Hitchhiker) 컨셉이 절대 간단하지 않은 문제라고 언급했습니다. 누구도 손가락을 치켜올려서 혜성이나 소행성을 멈추게 할 수 없기 때문입니다.
그래서 JPL의 엔지니어들은 반복 사용이 가능한 작살과 매우 튼튼하고 긴 줄(tether)의 컨셉을 검토 중에 있습니다. 문제는 소행성이나 혜성이 매우 빠른 속도로 움직인다는 것입니다. 따라서 어지간한 줄로는 그 속도 변화를 감당할 수 없습니다.
엔지니어들의 추정에 따르면 10km/s 의 속도변화까지도 가능할 것이라고 합니다. 이런 큰 속도 변화를 견디기 위해서는 아주 강하고 긴 줄이 필요합니다. 줄이 길어야 충격 에너지를 분산시킬 수 있기 때문입니다. (아마도 감긴 줄이 풀어지면서 가속도를 분산하는 역할을 하는 것 같음) 연구팀에 의하면 100-1000km 의 강한 줄이 필요할 수도 있다고 합니다.
현재 존재하는 자일론/케블러 섬유(Zylon and Kevlar)는 1.5km/s의 속도 변화를 견딜 수 있습니다. 만약 이보다 더 큰 속도 변화가 견뎌야 한다면 카본 나노튜브 같은 신소재 섬유가 필요할 것으로 보입니다. 아직 이 부분은 미래의 영역입니다.
연구팀은 카이퍼벨트 처럼 적당한 크기의 천체가 많은 곳에서 이 기술을 사용하면 5개에서 10개 정도의 천체를 동시에 탐사할 수 있다고 생각하고 있습니다. 적당한 천체에 작살을 던진 후 줄을 감아서 접근하는 방식으로 연료 사용을 최소화할 수 있기 때문이죠.
다만 앞서 이야기했듯이 기술적으로는 매우 어려운 과제인 것도 사실입니다. 따라서 아직은 개념 탐색 단계인데, 가능하기만 하다면 획기적인 아이디어가 될지도 모르겠다는 생각입니다.
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