거대 전자기총, 초음속 항공기를 우주로 발사할 수 있다

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연구팀은 항공기를 고속으로 우주로 발사할 수 있는 전자기총을 개발하고자 합니다.

중국의 우주선 설계. 사진: 웨이보 — 중국의 우주선 설계. 사진: *웨이보*

중국 과학자 와 엔지니어들은 최근 몇 년간 전자기 발사와 극초음속 비행의 주요 발전을 결합하기 위해 노력하고 있습니다. 이들의 목표는 거대한 전자기 발사 궤도를 이용하여 극초음속 항공기를 마하 1.6(시속 1,975km)까지 가속하는 것입니다. 이후 항공기는 궤도에서 분리되어 엔진을 점화하고 음속의 7배(시속 8,643km)로 우주로 발사됩니다. 메일(The Mail) 은 3월 14일, 보잉 737보다 긴 50톤급 우주 비행체가 2016년 발표된 텅윈(Tengyun) 프로젝트의 일부라고 보도했습니다.

비행기 자체 동력을 이용하여 이륙하려면 막대한 양의 연료가 필요합니다. 저속 이륙 시 안전을 보장하기 위해 과학자와 엔지니어는 공기역학적 설계와 엔진 레이아웃을 조정해야 하는데, 이는 고속 비행 성능에 영향을 미칩니다. 하지만 이 프로젝트에 참여하는 전문가 팀은 많은 문제를 해결할 수 있다고 확신합니다.

중국항공우주과공업그룹(CASIC) 항공기기술연구소의 과학자 리샤오웨이는 Acta Aeronautica 저널에 게재한 논문에서 "전자기 발사 기술은 상기 과제를 극복할 수 있는 유망한 솔루션을 제공하며, 세계 주요 국가들이 추구하는 전략적 기술이 되고 있다"고 말했다.

이 가설을 검증하기 위해 중국 유수의 방위 및 항공우주 기업 중 하나인 CASIC은 산시성 다퉁에 2km 길이의 저진공 고속 자기부상 시험 시설을 건설했습니다. 이 시설은 무거운 물체를 음속에 가까운 시속 1,000km까지 추진할 수 있습니다. 향후 몇 년 안에 시험 트랙 길이가 최대 시속 5,000km까지 늘어날 예정입니다.

이는 차세대 고속철도 개발을 지원하고 전자기 우주 발사 프로젝트에 중요한 과학기술 데이터를 수집하는 전용 전자기 추진 시설입니다. 한편, 산둥성의 성도인 지난에서는 중국과학원(CAS)의 감독 하에 초고속 전자기 인력거 실험을 지원하는 또 다른 거대 자기부상 궤도가 운영되고 있습니다.

전자기 우주 발사 시스템을 제안한 것은 중국이 처음은 아닙니다. 이 아이디어는 냉전 시대로 거슬러 올라갑니다. 1990년대 NASA는 이 아이디어를 현실화하기 위해 15m 길이의 소형 시험 궤도를 먼저 구축했습니다. 그러나 자금 부족과 기술적 어려움으로 인해 완성된 궤도의 실제 길이는 10m 미만이었습니다. 결국 이 프로젝트는 중단되었고, 정부 와 군 지도자들은 대신 항공모함용 저속 전자기 사출기 기술 개발에 자원을 집중했습니다. 그러나 이 신기술을 탑재한 최초의 항공모함인 USS 포드호 역시 문제에 직면했습니다. 전자기 발사 기술의 심각한 차질로 미군은 레일건과 같은 관련 프로젝트 개발을 중단하고 예산을 극초음속 미사일에 집중했습니다.

연구 초기에 리와 그의 동료들은 NASA가 우주선이 해구에서 분리되는 능력을 확인하기 위한 풍동 시험을 전혀 실시하지 않았다는 사실을 발견했습니다. NASA의 원래 계획은 로켓의 필요성을 없앨 만큼 셔틀을 시속 700km까지 가속하는 것이었지만, 중국 과학자들은 그 속도가 너무 느리다고 생각했습니다. 그러나 속도가 증가함에 따라 항공기, 전자식 인력거, 그리고 지상 해구 사이의 공기 흐름이 매우 복잡해졌습니다. 따라서 프로젝트팀이 가장 먼저 확인해야 할 사항 중 하나는 항공기가 해구에서 안전하게 분리되는지 확인하는 것이었습니다.

리의 팀은 컴퓨터 시뮬레이션과 풍동 시험을 수행했습니다. 그 결과, 항공기가 음속 장벽을 통과하면서 여러 개의 충격파가 항공기 하부를 따라 퍼져 지면에 부딪히고 반사음을 발생시키는 것으로 나타났습니다. 이 충격파는 기류를 교란시켜 항공기, 전자기 썰매, 그리고 궤도 사이에 초저주파 기포를 생성했습니다. 이후 썰매가 목표 속도에 도달하여 항공기를 이륙시키고 급제동했을 때, 난류가 처음에는 항공기를 들어 올렸지만, 4초 후 하강 추력으로 전환되었습니다. 풍동 시험 결과에 따르면,

승객이 탑승했다면 짧은 시간 동안 현기증이나 무중력 상태를 경험할 수 있습니다. 하지만 비행기와 홈 사이의 거리가 멀어짐에 따라 기류의 세기는 점차 약해지다가 완전히 사라집니다. 엔진 소리와 함께 비행기는 급상승합니다. 더 많은 실제 시험이 필요하지만, 연구팀은 이 방법이 안전하고 실현 가능하다고 결론지었습니다. SpaceX의 재사용 가능 로켓은 위성 발사 비용을 킬로그램당 3,000달러로 줄였지만, 일부 과학자들은 전자기 우주 발사 시스템을 사용하면 킬로그램당 60달러까지 비용을 절감할 수 있을 것으로 추정합니다.

안캉 ( 메일 에 따르면)

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