태양돛은 햇빛의 압력으로 우주선을 추진합니다. Imperial College London 엔지니어들의 최근 연구에 따르면 이 기술은 향후 수십 년 내에 태양계 가장자리로 유인 또는 무인 임무를 보낼 수 있음을 나타냅니다. 이 작업에서는 이미 테스트된 프로토타입의 진행 상황과 필요한 다음 단계를 평가합니다.
이 개념은 수세기 동안 존재해 왔습니다. 고대 선박은 바람을 이용했습니다. 우주에서는 아이디어가 광자에 원리를 적용합니다. 여러 임무에서 기본 작동을 시연했습니다. 이제 연구자들은 더 먼 거리에 대한 실제 잠재력을 측정하고 있습니다.
임무는 가벼운 추진의 원리를 증명합니다.
일본은 2010년 이카로스(IKAROS)를 발사했다. 우주선은 금성에 도달했고 태양돛에 의한 가속을 확인했다. 임무는 액정을 이용한 재료 및 자세 제어를 테스트했습니다.
행성협회는 2019년에 LightSail 2호를 보냈습니다. CubeSat는 태양압만으로 지구 주위의 궤도를 변경했습니다. 이 작업은 2022년 대기권에 재진입될 때까지 3년 이상 지속되었습니다. 이러한 실험을 통해 기술의 기본 실행 가능성에 대한 의구심이 사라졌습니다.
- IKAROS는 200제곱미터 크기의 돛을 이용해 행성 간 항법을 시연했습니다.
- LightSail 2는 32평방미터의 돛을 사용하여 저지구 환경에서 궤도를 제어했습니다.
- 두 임무 모두 경량 소재와 접을 수 있는 지지 구조를 사용했습니다.
- 테스트를 통해 화학적 추진제 없이 지속적인 가속이 발생하는 것이 확인되었습니다.
임페리얼 칼리지(Imperial College) 연구에서 태양계 가장자리의 마감 기한 설정
Debdut Sengupta와 동료들은 태양돛의 현재 상태에 대한 분석을 발표했습니다. 이 작업은 이미 존재하는 것과 태양권 정지에 도달하는 임무에 대한 요구 사항을 비교합니다.
그들은 적절한 개발이 이루어지면 선박이 10~20년 안에 태양계 가장자리에 도달할 수 있다고 결론지었습니다. 더 크고 내열성이 뛰어난 돛과 향상된 제어 시스템에 중점을 두고 있습니다. Sengupta는 아이디어가 기술적이지만 자금 조달과 집중적인 엔지니어링을 통해 달성 가능하다고 생각합니다.
Imperial College 학생들이 이끄는 Svarog와 같은 프로젝트는 성간 우주를 위한 돛을 갖춘 CubeSats를 준비합니다. 고도 테스트와 궤도 시뮬레이션이 이미 진행되었습니다. 목표는 최초의 민간 물체를 태양계 너머로 보내는 것입니다.
기술적 과제는 재료 및 확장성에 대한 노력에 초점을 맞춥니다.
돛은 넓어야 하지만 극도로 가벼워야 합니다. 광자 압력이 약합니다. 그러므로 표면적은 효율적으로 보상되어야 합니다.
엔지니어들은 극한의 온도와 방사선에 더 잘 견디는 막을 개발합니다. 붐이라고 불리는 지지 구조물은 진공 상태에서 고장 없이 전개되어야 합니다. 자세 제어에는 힘을 전달하기 위해 정밀도가 필요합니다.
- 현재 재료는 시범 비행을 지원하지만 장거리 임무를 위해서는 업그레이드가 필요합니다.
- 시뮬레이션에서는 속도 향상을 위해 태양 근처의 열 응력을 평가합니다.
- 얇은 태양광 패널과 통합하면 온보드 장비에 전원을 공급할 수 있습니다.
- 실험실 테스트와 준궤도 비행을 통해 자동 배치가 개선됩니다.
응용 분야는 외행성부터 성간 개념까지 다양합니다.
목성이나 토성에 대한 임무는 이동 시간을 줄일 수 있습니다. 양초는 연료를 많이 절약합니다. 이는 과학적 탑재량을 위한 질량을 확보합니다.
보다 야심찬 제안은 100AU 이상을 목표로 합니다. 일부는 더 큰 초기 충격량을 위해 지상 또는 태양 레이저의 사용을 연구하고 있습니다. Sengupta의 연구는 현재 현실적인 것과 수십 년의 추가 연구가 필요한 것을 구분합니다.
유인 선박은 더 큰 도전을 의미합니다. 방사선 방호, 공급품 및 생명 유지 시스템이 대량으로 추가됩니다. 양초는 여전히 화학 로켓에만 의존하지 않고도 앞으로 나아갈 수 있는 방법을 제공합니다.
다음 단계는 자금 조달 및 국제 협력에 달려 있습니다.
우주 기관과 민간 단체는 더 큰 규모의 시연을 계획하고 있습니다. NASA는 Solar Cruiser와 같은 임무를 준비합니다. 대학과 회사는 구성 요소를 병렬로 테스트합니다.
기술이 빠르게 발전한다는 것은 공통된 의견입니다. 개념 증명 항공편이 이미 존재합니다. 다음 도약에는 작전 임무에 대한 완전한 통합이 필요합니다.
연구자들은 지금이 유리하다고 강조한다. 경량 소재와 컴퓨팅의 발전으로 출시 전에 정확한 시뮬레이션이 가능해졌습니다. 그 결과 심층 탐사를 위한 더 저렴하고 지속 가능한 경로가 열릴 수 있습니다.