태양돛, 우주선이 26일 만에 화성에 도착하는 데 도움이 됩니다.

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과학자 팀은 항공흑연으로 만든 태양돛을 사용하여 화성과 성간 우주로의 여행을 시뮬레이션하여 인상적인 결과를 얻었습니다.

LightSail 2의 태양돛 시뮬레이션. 사진: Planetary Society — LightSail 2의 태양돛 시뮬레이션. 사진: *Planetary Society*

Interesting Engineering 은 9월 27일, 과학자 그룹이 화성과 그 너머까지 여행할 수 있는 태양돛을 만들기 위해 공기흑연 재료를 사용할 가능성을 조사하고 있다고 보도했습니다. 태양돛은 비영리 단체인 Planetary Society의 LightSail 2 임무를 통해 우주에서 처음 시험되었는데, 이 임무는 태양에서 나오는 광자, 즉 빛줄기만을 사용하여 작은 CubeSat 위성의 궤도를 2마일(3.2km) 높이는 데 사용되었습니다. Acta Astronautica 저널에 게재된 연구에서는 과학자들이 항공흑연 태양돛을 사용하여 화성과 성간 우주로의 비행을 시뮬레이션한 방법에 대한 자세한 내용을 설명합니다.

이 연구를 진행한 연구팀은 공기흑연으로 만든 태양돛의 속도를 시뮬레이션했습니다. 그들은 질량이 1kg이고, 720g의 에어로그래파이트로 구성되었으며, 단면적이 104m²인 태양돛 우주선을 시뮬레이션했습니다. 그들은 태양돛이 화성과 성간 공간, 즉 태양권계면에 도달할 수 있는 속도를 측정했습니다. 태양권계면은 태양풍의 영향을 더 이상 느낄 수 없는 지점입니다. 연구진은 각 비행에 대해 지구에서 직접 나가는 방향의 전환과 들어오는 방향의 전환이라고 불리는 두 가지 다른 경로를 시뮬레이션했습니다.

화성과 태양권 경계로의 여행을 위한 직접적인 외향 전환 방법에는 태양돛을 펼치고 지구 주위의 극궤도에서 이탈하는 것이 포함됩니다. 안쪽으로 전이하는 방법의 경우, 태양돛 우주선은 기존 로켓을 통해 태양으로부터 0.6 천문 단위(AU) 떨어진 위치로 운반됩니다. 그러면 태양돛이 펼쳐지고 화성이나 성간 경계를 향한 여행을 시작할 것입니다.

연구팀은 직접적인 외향 전환 방식을 사용하면 태양돛 우주선이 26일 만에 화성에 도달할 수 있다는 것을 발견했습니다. 내향 통과 방식을 사용하는 우주선은 126일 만에 화성에 도착할 예정이다. 태양권까지의 여행에 있어서 안쪽으로의 전이 방법은 5.3년이 걸리는 반면, 바깥쪽으로의 전이 방법은 4.2년이 걸립니다. 외향적 전환 방식은 전개되기 전까지 103일간의 여행이 필요하지만, 태양돛이 300일 만에 최고 속도에 도달하기 때문에 태양권에 더 빨리 도달합니다. 미래지향적인 방법을 사용하면 최대 속도에 도달하는 데 2년이 걸렸습니다.

과학자들의 시뮬레이션에서 태양돛이 빠른 속도로 먼 곳까지 도달할 수 있는 이유 중 하나는 공기흑연이라는 물질 때문입니다. 드레스덴 공과대학의 연구원이자 팀 리더인 줄리어스 칼랍은 밀도가 0.18kg/m3로 낮은 에어로그래파이트는 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 매우 빠른 속도에도 불구하고, 화성이나 먼 우주로 매우 적은 양의 화물만 운반할 수 있습니다. 예를 들어, 브레이크스루 스타샷 임무는 20년 안에 가장 가까운 항성계인 알파 센타우리에 초경량 카메라를 배달하는 것을 목표로 합니다.

안캉 ( Interesting Engineering 에 따르면)

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