시험&논문용 <소행성과 솔라세일 우주선> 소행성의 개요, 솔라세일 우주선, NEAS와 1991VG

소행성과 솔라세일 우주선에서 먼저 소행성의 개요를 살펴봅니다. 이어서 태양풍과 태양열로 추진되는 솔라세일 우주선과 1991VG 소행성을 감 기하기 위한 NEAS우주선에 대해 알아봅니다.

 

소행성과 솔라세일 우주선에서 소행성의 개요

태양계의 공전하는 천체 중에서 목성 궤도 안쪽을 돌지만 행성보다 작은 태양계 천체를 말합니다. 태양계가 처음 만들어졌을 때, 태양으로부터 남은 가스와 암석이 행성과 위성을 형성했고, 화성과 목성 사이에 있어야 할 행성은 모두 37년 전 목성의 중력에 의해 부서졌다는 이론이 있었습니다. 행성들이 처음에는 대략적으로 형성되었고, 그다음에는 화성과 목성 사이에 소행성들이 유입되었다는 것은 최근의 견해입니다. 분류기준을 크기로 한다면 지름이 1m이내인 천체를 유성체라고 하지만 구분이 모호합니다. 지구 대기와의 마찰로 타거나 잘게 부서져 지구에 피해가 거의 없는 경우도 있고 지구 대기와의 마찰로도 소실되지 않기 때문에 표면과 충돌할 때 막대한 피해를 줄 수 있는 경우도 있습니다 소행성 충돌은 인류 문명이 발달한 지금도 여전히 큰 위협이 될 수 있고, 이 천체들은 지구에 근접한 것으로 분류됩니다. 일부 천체는 소행성으로 분류되지만 혜성의 특성 때문에 혜성으로 분류되기도 하고, 반대로 혜성이 특성을 잃고 소행성으로 분류되기도 합니다. 어떤 천체는 소행성과 혜성의 성질을 동시에 가지고 있는데, 대표적으로 2060 기론이 있습니다. 소행성의 엄밀한 정의인 목성 내부를 공전하는 천체 중에는 윌슨-해링턴 4015가 있습니다. 2017년 10월 19일, 관측 사상 처음으로 태양계가 아닌 우주에서 온 소행성이 발견되었습니다. 이름은 Oumuamua로 하와이어로 먼 과거의 정찰병을 의미하며, 모양이 적당히 울퉁불퉁한 대부분의 태양 감자 천체와 달리 담배나 손가락에 가까운 매우 특이한 모양입니다. 이것 덕분에, 대부분의 사람들은 그것이 외계 우주선이라고 말합니다. 136개의 소행성이 해왕성 바깥에서 발견되기도 하였습니다. 공상과학(SF) 작품에서 흔히 허공에 떠 있는 크고 작은 바위들이 빽빽하게 모여 있는데, 소행성대는 마치 우주선이 곡예비행을 하듯 날아가는 곳으로 묘사되지만 실제 장면에서는 천체들이 수십만 km 간격으로 서로 떨어져 있습니다. 이는 화성 궤도 밖의 우주탐사선이 아직 소행성에 충돌하지 않았다는 사실로 입증됩니다. 게다가 중력을 가진 천체이기 때문에 그렇게 가까웠다면 서로 하나가 되어 행성이 되었을 것입니다. 

 

솔라세일 우주선

태양풍과 태양풍만으로 비행하는 태양열 추진 우주선입니다. 크기가 작은 이 미 우주선으로 지구에 근접한 소행성을 감시하고 연구하려는 것입니다. 미국 항공우주국 NASA는 현재 우주비행사들을 달로 돌려보내기 위해 일하고 있습니다. 1972년 미국 탐사선 아폴로 17호가 달에 착륙한 이후 50여년 만에 재개되는 국제 유인 달 탐사 프로그램입니다. 역사상 가장 크고 강력한 로켓인 우주발사체(SLS)를 사용하게 될 아르테미스 프로젝트는 총 3단계로 진행됩니다. 발사 후 무인 형태로 달 궤도를 도는 과정은 올해 말에 시작될 이 프로젝트의 첫 단계입니다. 2년 뒤인 2023년 2단계 사업은 유인우주선이 달 궤도를 돌다가 지구로 돌아오는 것이고, 3단계 사업은 2024년 첫 여성 우주인이 달 표면에 착륙하는 것입니다. 하지만 아르테미스 프로젝트에서 흥미로운 점은 주요 임무를 수행할 기본 우주선 외에도 다양한 임무를 수행하기 위해 여러 개의 작은 미니 우주선을 함께 운반할 것이라는 것입니다. 대표적인 예가 솔라 세일 우주선을 이용한 장거리 탐사 임무입니다. 태양열 추진 미니 우주선은 태양풍과 태양풍에 의해 작동됩니다 태양열 추진은 햇빛과 태양풍을 이용하여 우주에서 돛을 열고 앞으로 나아가는 우주선입니다. 태양빛과 태양풍이 돛에 부딪혀 우주를 항해하는 태양열 판매는 기존의 화학연료로 움직이는 우주선과는 전혀 다른 새로운 개념의 미래형 우주선입니다. 태양열 추진은 많은 이점을 가지고 있습니다. 네 개의 돛대가 활짝 열려 있고 돛을 고정하고 있어서, 여러분은 태양풍으로부터 최대한의 햇빛을 얻을 수 있습니다. 추가 연료가 필요 없는 만큼 무게가 가볍기 때문에 그만큼 비용을 줄일 수 있습니다. 솔라세일이 우주에서 앞으로 나아갈 수 있는 힘의 원천은 태양 입자인 "광자"와 태양에서 오는 바람인 "태양풍"에 의해 생성되는 압력 때문입니다. 광자가 물체에 부딪힐 때, 그것의 표면에 압력이 발생하는데, 이것을 광압이라고 합니다. 태양풍도 비슷한 개념입니다. 비록 그것이 바람으로 묘사되지만, 사실, 태양풍은 플라스마 입자가 태양의 중력권 밖으로 나와 우주 공간으로 확장되는 현상입니다. 가벼운 압력이나 태양풍이 에너지원이기 때문에 초기 가속력은 매우 약할 것으로 예상됩니다. 하지만, 천문학자들은 공기 저항이 없기 때문에 우주가 계속해서 빛과 바람에 노출되면 빠른 속도에 도달할 수 있다고 예측합니다. 학자들의 이론적인 계산에 불과하지만, 태양 돛으로 명왕성에 가는 것은 약 5년 후에 가능할 것으로 추정됩니다. 이것은 최소 7년이 걸리는 현재의 화학 연료 로켓보다 빠릅니다. 하지만 태양으로부터 에너지원을 얻어야만 태양 추진력이 진전될 수 있기 때문에 태양과의 거리가 너무 멀면 적절한 추진력을 낼 수 없습니다. 거리의 제곱에 비례하여 빛의 강도가 약해지기 때문입니다. 따라서 이를 타개하기 위한 방안으로 태양광 대신 강력한 레이저 빔을 쏴 태양광 추진력으로 움직이는 방안도 제시되고 있습니다.

NEAS와 소행성 1991VG 

NASA가 아르테미스 프로젝트에 태양의 빛과 바람을 사용하는 태양 추진 우주선의 개발을 포함시킨 이유는 태양열 추진으로  'NEAS(Near Earth Asteroid Scout)' 우주선을 개발하기 위한 예비 포석이라고 전문가들은 생각합니다. 지구 근접 소행성 정찰이라는 뜻의 NEAS는 말 그대로 지구에 가까운 소행성을 감시하는 임무를 가진 우주선을 말합니다. 소형 우주선에 태양 돛을 달아준 뒤 지구에 접근하는 소행성 탐사가 주 임무입니다. 따라서 NASA는 아르테미스 프로젝트에 NEAS를 포함시켜 태양광 판매 운영부터 제어까지 모든 경험과 지식을 축적하자는 취지로 프로젝트를 진행하고 있습니다. NEAS가 감시할 계획인 소행성 1991VG. 그것은 크기가 약 10미터인 작은 소행성으로, 지구에 가까운 궤도에서 태양을 돌고 있습니다. 나사는 독특한 모양과 독특한 궤도를 가지고 있기 때문에 1991년 VG 소행성을 NEAS의 목표물로 선택했습니다. 망원경 관측은 매우 작아서 제한적이지만, 일부 천문학자들은 그것들이 소행성이 아니라 실제로 우주선에서 떨어진 로켓이나 연료 탱크일 가능성을 제기합니다. 그러한 알려지지 않은 소행성을 관찰하기 위해, 나사는 어떤 주장이 맞는지 보기 위해 NEAS를 보내려고 노력하고 있습니다. 일부 천문학자들의 주장이 사실이라면 NEAS의 필요성은 더욱 커질 것으로 예상됩니다. 아르테미스 프로젝트에 포함된 NEAS 우주선이 모든 임무를 마친 2025년까지 NASA는 현재 크기보다 16배 큰 태양열 추진력을 장착한 중형 우주선 솔라 크루즈를 발사할 계획인 것으로 알려졌습니다.