과학자 팀은 항공흑연으로 만든 태양돛을 사용하여 화성과 성간 우주로의 여행을 시뮬레이션하여 인상적인 결과를 얻었습니다.
LightSail 2의 태양돛 시뮬레이션. 사진: Planetary Society
과학자 팀이 에어로그래파이트를 사용하여 화성과 그 너머까지 비행할 수 있는 태양돛을 제작할 가능성을 연구하고 있다고 Interesting Engineering이 9월 27일 보도했습니다. 이 태양돛은 비영리 단체인 Planetary Society의 LightSail 2 미션을 통해 우주에서 처음 시험되었는데, 이 미션은 태양에서 오는 광자(광자)의 추진력만을 이용하여 소형 CubeSat 위성의 궤도를 3.2km(2마일) 높였습니다. Acta Astronautica 저널에 발표된 이 연구는 과학자들이 에어로그래파이트 태양돛을 사용하여 화성과 성간 우주로의 비행을 시뮬레이션한 방법을 자세히 설명합니다.
이 연구에서 프로젝트 연구팀은 에어로그래파이트로 제작된 태양돛의 속도를 시뮬레이션했습니다. 질량 1kg, 에어로그래파이트 720g, 단면적 104제곱미터의 태양돛 우주선을 시뮬레이션했습니다. 태양돛이 화성과 태양풍의 영향이 더 이상 느껴지지 않는 지점인 태양권계면(Heliopause)으로 알려진 성간 공간에 도달하는 속도를 측정했습니다. 각 비행마다 지구에서 직접 외행 전이와 내행 전이라는 두 가지 경로를 시뮬레이션했습니다.
화성과 태양권 경계로의 직접 외향 이동 방식은 태양돛을 펼치고 지구 주위의 극궤도에서 발사하는 것을 포함합니다. 내향 이동 방식의 경우, 태양돛 우주선은 일반 로켓을 이용하여 태양으로부터 0.6 천문단위(AU) 떨어진 곳까지 운반됩니다. 그런 다음 태양돛이 펼쳐지고 화성이나 성간 경계로의 이동을 시작합니다.
연구팀은 직접 외향 전이 방식을 사용하면 태양돛 우주선이 26일 만에 화성에 도착할 수 있다는 것을 발견했습니다. 내향 전이 방식을 사용하는 우주선은 126일 만에 화성에 도착합니다. 태양권까지의 이동에는 내향 전이 방식이 5.3년, 외향 전이 방식이 4.2년이 걸립니다. 외향 전이 방식은 전개 전 103일의 이동이 필요하지만, 태양돛이 최대 속도에 도달하는 데 300일이 걸리기 때문에 태양권에 더 빨리 도착합니다. 외향 전이 방식을 사용하면 최대 속도에 도달하는 데 2년이 걸립니다.
과학자들의 시뮬레이션에서 태양돛이 먼 곳까지 고속으로 도달할 수 있는 이유는 대부분 에어로그래파이트(aerographite)라는 소재 덕분입니다. 드레스덴 공과대학교 연구 조교이자 팀 리더인 줄리어스 칼랍은 밀도가 0.18kg/m³로 낮은 에어로그래파이트가 기존의 모든 태양돛 소재보다 성능이 뛰어나다고 말했습니다.
"예를 들어, 마일라(Mylar)에 비해 밀도가 몇 배나 낮습니다. 태양돛의 추력이 돛의 질량에 직접적으로 의존한다고 가정하면, 결과적으로 추력이 훨씬 더 높아집니다. 가속도 이점 외에도, 에어로그래파이트의 기계적 특성은 매우 흥미롭습니다."라고 칼랍은 말합니다.
태양돛은 빠른 속도에도 불구하고 화성이나 심우주로 운반할 수 있는 탑재량은 매우 작습니다. 예를 들어, 브레이크스루 스타샷(Breakthrough Starshot) 임무는 20년 안에 가장 가까운 항성계인 알파 센타우리(Alpha Centauri)에 초경량 카메라를 보내는 것을 목표로 합니다.
안캉 ( Interesting Engineering 에 따르면)
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