First ‘space elevator’ — a 66,000-mile cable to the cosmos— closer than ever before as scientists make breakthrough
On a visit to NASA’s Johnson Space Center in Houston last week, President Trump promised American astronauts would establish a permanent presence on the Moon before pushing forward to Mars.
지구 대기권 밖으로 물질을 실어 나르는 우주 엘리베이터의 모습을 보여주는 그림.
도널드 피어솔 / 뉴욕 포스트 디자인
과학자들이 획기적인 발전을 이루면서 최초의 '우주 엘리베이터', 즉 우주까지 연결되는 66,000마일 길이의 케이블이 그 어느 때보다 가까워졌습니다.
지난주 휴스턴에 있는 NASA 존슨 우주센터를 방문한 트럼프 대통령은 미국 우주비행사들이 화성 탐사에 앞서 달에 영구적인 기지를 건설할 것이라고 약속했습니다.
그는 미국의 현재 우주 탐사 "황금기"에 대해 "우리나라는 우리 앞에 놓인 이 광활한 미개척지를 정복할 것입니다. 우리는 그것을 탐험하고, 길들이고, 승리할 것입니다." 라고 말했습니다.
하지만 진정으로 획기적인 아이디어를 구상하는 연구자들은 오늘날의 비효율적인 화학 로켓 기술로는 결코 그런 목표를 달성할 수 없다고 말합니다. 그리고 그들은 중요한 돌파구를 제시합니다.
비영리 연구 및 옹호 단체인 국제 우주 엘리베이터 컨소시엄(ISEC)의 피트 스완 회장은 워싱턴 포스트와의 인터뷰에서 "우리는 강을 건너는 데 있어 나룻배를 대체할 다리와 같은 영구적인 기반 시설 구축을 적극적으로 추진하고 있다"고 말했습니다.
단순하면서도 놀라운 개념입니다. 지구 적도의 한 지점에서 시작하여 정지궤도(GEO) 너머까지 뻗어 있는 초강력 전기 케이블을 우주에 띄우고, 그곳에서 균형추가 케이블을 팽팽하게 유지합니다. 그런 다음 선박들이 이 케이블을 타고 올라가 물품, 사람, 기계를 대기권을 통과하여 우주로 운반합니다.
믿기 힘들겠지만, 워싱턴 포스트와 인터뷰한 연구원들에 따르면 공학적으로는 문제가 없다고 합니다.
인공지능이 제작한 이 그림은 다결정 그래핀으로 만들어진 우주 엘리베이터가 화물을, 나아가서는 인간을 우주로 수송하는 데 사용될 경우 어떤 모습일지 보여줍니다
하지만 우주 엘리베이터 아이디어의 가장 큰 걸림돌은 항상 테더 소재였습니다. 테더는 확장성이 뛰어나야 하고, 강철보다 100배 강해야 하며, 매우 가벼워야 하고, 전체 시스템을 제자리에 설치하기 위해 효율적으로 감을 수 있어야 하기 때문입니다.
그래핀은 기본적으로 일반 연필심 원자가 끊어지지 않고 연결된 하나의 결정으로, 이러한 프로젝트에 이상적인 후보 물질로 오랫동안 여겨져 왔다고 연구진은 설명했다. 다결정이라는 용어는 분자를 더욱 확장 가능하게 만드는 패치워크 공정을 의미합니다.
"우리가 필요한 재료를 찾은 것 같습니다."라고 스완이 말했다. "6개월 전보다 훨씬 더 진척됐습니다. 기술은 선형적으로 발전하는 것이 아니라 성장하는 것입니다."
"때때로 누군가가 획기적인 발견을 하면, 그 능력은 순식간에 선형적인 발전에서 엄청난 도약으로 이어집니다. 우리 테더 소재 분야에서 바로 그런 일이 일어나고 있습니다."
“[다결정 그래핀]은 엄청나게 강해요. 그걸로 방탄조끼를 만들고 있는데, 한 겹만으로도 권총에서 발사된 .38구경 총알을 막을 수 있어요.”
천문학자들은 100년이 넘는 세월 동안 우주로 향하는 사다리를 꿈꿔왔으며, 이러한 아이디어는 유명한 영국 SF 작가 아서 C. 클라크가 1979년 소설 "낙원의 샘"에서 "궤도 탑"이라고 부르며 대중화했습니다.
"2001: 스페이스 오디세이"의 작가인 클라크는 그러한 위업을 달성하는 데 필요한 실제 공학 기술을 세밀하게 묘사하는 데 많은 노력을 기울였으며, 우주 엘리베이터는 "모두가 더 이상 웃지 않는 시점으로부터 약 50년 후에" 건설될 것이라는 유명한 말을 남겼습니다.
스완은 회의론자들에게 1969년 달 착륙 이후 뉴욕 타임스가 로켓이 언젠가 사람을 달에 데려갈 것이라고 주장한 엔지니어를 조롱했던 수십 년 전 사설에 대해 공식 사과문을 발표했다는 사실을 상기시키곤 합니다.
각각의 테더 가닥은 실제로 단일 분자, 즉 원자 하나 두께, 너비 1미터, 길이 10만 킬로미터(6만 2천 마일)에 달하며, 적도에 위치해야 하는 지표면의 "지구 포트"에서 정지궤도 너머에 있는 "정점 앵커" 우주 포트까지 뻗어 있습니다.
ISEC의 설명에 따르면, 케이블의 한쪽 끝(또는 다리)은 이 분자 구조가 2만 장 겹쳐진 형태입니다. 스완은 이 거대한 케이블은 거의 보이지 않지만 거울처럼 빛을 반사하여 지상에서 관찰하는 사람들이 하늘에서 내려오는 햇빛이 가늘고 길게 반사되어 반짝이는 모습을 가끔 볼 수 있을 것이라고 말했습니다.
ISEC 보고서에 따르면 한국의 엔지니어들이 길이 1,000미터, 폭 0.5미터의 다결정 그래핀 분자를 제조하는 데 성공했으며, 이는 분당 약 2미터의 속도로 생산될 수 있다고 합니다.
스완은 저궤도 를 맴도는 우주 쓰레기 로 인한 테더 손상이 여전히 가장 큰 우려 사항이라고 말하며, 이러한 이유로 백업 및 기타 용도를 위해 엘리베이터당 5개 정도의 테더를 설치하고 주변에 위성 비행 금지 구역을 설정할 것을 제안했습니다.
인공지능이 제작한 이 그림은 적도 해저에 고정된 우주 엘리베이터 지구 기지가 어떤 모습일지 보여줍니다.
이 계획은 '클라이머'라고 불리는 화물선이 밧줄을 이용해 지구 상공 22,000마일(약 35,500km)의 정지궤도(GEO)에 도달할 때까지 하늘로 천천히 올라가는 것입니다. 정상까지 오르는 데는 약 2주가 걸릴 것이라고 스완은 말했습니다.
지구 중력이 지구 자전에 필요한 정확한 안쪽 방향 힘과 일치하는 최적 중력 지점인 정지궤도(GEO)에 도달하면, 등반 장비는 더 이상 추진을 위해 전기가 필요하지 않습니다. 자전하는 지구의 원심력이 작용하여 화물을 나머지 4만 마일(약 64,000km)의 테더를 따라 이동시킨 후, ISEC의 계산에 따르면 시속 16,000마일(약 25,700km)(초당 4.4마일, 약 7.9km)의 속도로 우주 공간으로 쏘아 올립니다.
이는 발사대 상단에서 달까지 물자를 단 14시간 만에 보낼 수 있다는 것을 의미하며, 현재 지구에서 달까지 가는 데는 3일이 걸립니다.
스완은 발사 시점의 화성 위치에 따라 화성까지 가는 데 걸리는 시간이 61일에서 120일 사이로 단축될 수 있다고 말했습니다. 현재 가장 빠른 화성 탐사 경로는 7개월이 소요되며, 발사 가능 기간은 26개월에 한 번뿐입니다.
적도 주변 3개 대양에 우주 엘리베이터를 설치하면 우주로의 안정적이고 지속적인 수송이 가능해질 것입니다.도널드 피어솔 / 뉴욕 포스트 디자인
스완은 "매일 화성으로 발사대를 보낼 수 있을 것"이라고 주장했습니다.
하지만 실제로 작동하는 우주 엘리베이터는 아직 먼 미래의 일입니다.
"확실한 것은 아닙니다."라고 두바이 아메리칸 대학교의 우주 경제학 교수인 아르멘 파파지안은 지적했습니다.
"설령 내일 당장 우주 엘리베이터 건설을 시작한다고 해도, 필요한 투자 자본을 확보한다는 가정 하에 모든 일이 순조롭게 진행된다 하더라도 완공까지는 10년에서 20년이 걸릴 것입니다."
아서 C. 클라크의 1979년 저서 "낙원의 샘"은 그가 "궤도 타워"라고 부른 우주 엘리베이터라는 아이디어를 대중화했습니다
2012년 NASA 연구원이 논문에서 언급했듯이, 로켓 방정식의 "폭정"은 지구 중력을 벗어나는 데 필요한 속도에 도달하기 위해 로켓 질량의 85~95%가 추진제여야 한다는 점입니다. 화물은 일반적으로 발사 질량의 2~4%에 불과합니다.
국제 우주 위원회(ISEC)는 세계 최초의 완전 로봇 우주 엘리베이터 건설에 150억 달러라는 다소 뻔뻔스러운 가격을 제시했습니다. 그들은 만약 실현 가능하다면 이는 엄청난 bargains(저렴한 가격)일 것이라고 주장합니다. 1972년 이후 처음으로 인간을 달에 다시 보낸 최근의 아르테미스 발사에는 40억 달러가 소요되었습니다. 하지만 NASA 감찰관실에 따르면 , 수십 년에 걸쳐 진행 중인 아르테미스 프로그램 전체는 2030년까지 2000억 달러 이상의 비용이 들 것으로 예상됩니다.
이 도표는 다결정 그래핀의 구조를 보여줍니다. 일반 연필심에서 추출되는 이 그래핀 분자를 66,000마일(약 106,000km)에 달하는 길이로 쌓아 올려 우주 엘리베이터의 테더로 사용할 수 있을 것이라고 일부 연구자들은 예상하고 있습니다.
리서치게이트/크리에이티브 커먼즈
"우주 엘리베이터의 첫 10년은 단순히 물자를 위로 운반하는 물류 임무가 될 거라고 생각합니다. 그 단계를 지나 달에 정착촌이 들어서고 화성에 더 많은 자원이 필요해지면, 양방향으로 물자를 내려보내는 기능을 시작할 겁니다. 15년이나 20년 후에는 사람을 실어 나를 수도 있겠죠."
"전기를 이용해 발사하면 대기 오염을 방지하고, 도중에 어떤 잔해도 남기지 않으며, 일상적이고 매일같이 저렴하고 안전하게 발사할 수 있다는 점이 가장 큰 장점입니다. 이것은 우주로 가는 다리가 될 것입니다."라고 연구원이자 옹호자인 피터 스완은 말했습니다
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