수십 년 동안 우주 여행의 유일한 수단 은 화학 추진력으로 작동하는 로켓 엔진 이었습니다. 이제 21세기 초에 항공 우주 엔지니어들은 우리를 별 까지 데려다 줄 수 있는 가벼운 추진력 , 핵융합 추진력 , 반물질 추진력 등 혁신적인 방법을 고안하고 있습니다 . 추진제가 없는 새로운 형태의 우주선도 제안되고 있다. 전자석 에 의해 우주를 관통하는 이러한 유형의 우주선 은 다른 어떤 방법보다 우리를 더 멀리 데려갈 수 있습니다.
극도로 낮은 온도로 냉각되면 전자석은 비정상적인 동작을 보입니다. 전기가 인가된 후 처음 몇 나노초 동안 전자석이 진동합니다. 미국 에너지부 고에너지 및 핵물리학 국의 프로그램 관리자인 David Goodwin 은 이 진동이 한 방향으로 억제될 수 있다면 우주선을 다른 어떤 것보다 우주로 더 멀리 그리고 더 빨리 보낼 수 있을 만큼 충분한 충격을 줄 수 있다고 제안합니다. 추진 방식 개발 중.
Goodwin은 2001년 7월 8일 유타주 솔트레이크시티에서 열린 합동 추진 회의에서 자신의 아이디어를 발표하도록 초대되었습니다. How Stuff Will Work 의 이번 호에서는 Goodwin의 전자기 추진 시스템이 어떻게 작동하고 우주선을 우주 깊숙이 보낼 수 있는지 알게 될 것입니다.
우주로 요동친다
미국 에너지부(DOE)는 일반적으로 NASA를 위한 추진 시스템을 개발하는 사업을 하지 않지만 더 나은 초전도 자석과 매우 빠른 고출력 솔리드 스테이트 스위치 에 대해 지속적으로 노력하고 있습니다. 1990년대 중반에 Goodwin 은 추진제가 없고 매우 높은 에너지 시스템을 사용하며 결국 관성을 극복할 수 있는 추진 시스템을 설계하기 위해 노력하고 있는 NASA의 획기적인 추진 물리학 프로젝트 세션을 주재했습니다 .
Goodwin은 "NASA가 목표를 달성하도록 돕기 위해 [DOE 과학자]가 개발 중인 이 기술을 사용할 수 있는 방법이 있어야 하는 것 같았습니다. DOE 연구에서 나온 것은 초당 400,000번 진동하는 과냉각, 초전도 자석을 사용하는 우주 추진 시스템에 대한 Goodwin의 아이디어였습니다. 이 빠른 펄스가 한 방향으로 향할 수 있다면 광속의 1% 정도의 속도 를 달성할 수 있는 매우 효율적인 우주 추진 시스템을 만들 수 있습니다 .
전자석이 증가하는 처음 100나노초(10억분의 1초) 동안 전자석은 매우 빠르게 펄스할 수 있는 비정상 상태 에 있습니다. 램프가 상승한 후 자기장은 정상 상태에 도달하고 펄스는 발생하지 않습니다. Goodwin 은 기본적으로 금속 실린더를 감싼 초전도 자기 와이어인 솔레노이드 로 사용하고 있는 전자석을 설명합니다 . 전체 구조의 지름은 1피트(30.5cm), 높이는 3피트(91.4cm), 무게는 25kg(55.12파운드)입니다. 이 추진 시스템에 사용된 와이어는 니오븀-주석 합금 입니다. 이러한 와이어 가닥 중 몇 개는 케이블로 감쌀 것입니다. 그런 다음 이 전자석은 액체 헬륨으로 4도 켈빈(-452.47F/-269.15C)으로 과냉각됩니다.
자석이 진동하려면 자기장에 비대칭이 발생해야 합니다. Goodwin 은 진동 운동을 강화하기 위해 자기장에 금속판 을 의도적으로 도입할 계획 입니다. 이 판은 구리, 알루미늄 또는 철로 만들어집니다 . 알루미늄과 구리판은 더 나은 전도체이며 자기장에 더 큰 영향을 미칩니다. 플레이트가 충전되고 시스템에서 분리되어 비대칭 이 생성 됩니다. 그런 다음 자석이 반대 방향으로 진동하도록 허용되기 전에 몇 마이크로초(백만 분의 1초) 내에 플레이트에서 전기가 소모됩니다.
"자, 여기서 캐치는 한 방향으로만 움직이도록 이 비정상 상태 조건을 사용할 수 있습니까?" 굿윈이 말했다. "그리고 그것이 가능하다는 것이 매우 불확실한 부분입니다. 그래서 우리가 그것을 알아내기 위해 실험을 하고 싶습니다." 보잉 의 협력과 함께 Goodwin은 그러한 실험을 수행하기 위해 NASA로부터 자금을 찾고 있습니다.
시스템의 핵심 은 전원 공급 장치에서 전자석으로 전송되는 전기를 조정하는 무 접점 스위치 입니다. 이 스위치는 기본적으로 초당 400,000번 전자석을 켜고 끕니다. 솔리드 스테이트 스위치는 대형 컴퓨터 칩처럼 보입니다 . 하키 퍽 크기의 마이크로프로세서 를 상상해 보십시오 . 그 역할은 정상 상태의 전력을 가져와 30암페어 및 9,000볼트에서 초당 400,000번의 매우 빠른 고전력 펄스로 변환하는 것입니다.
다음 섹션에서는 시스템이 어디에서 전력을 끌어오고 어떻게 미래 우주선을 태양계 너머로 보낼 수 있는지 배우게 될 것입니다.
태양계 너머
미국 에너지부는 또한 NASA 의 핵 우주 원자로에 대한 계획을 진행하고 있습니다. Goodwin은 이 원자로가 전자기 추진 시스템에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있다고 믿습니다. DOE는 NASA의 자금을 확보하기 위해 노력하고 있으며 2006년까지 300kW 원자로가 준비될 수 있습니다. 추진 시스템은 원자로에서 생성된 화력을 전력으로 변환하도록 구성됩니다.
Goodwin은 " 깊은 우주, 화성 및 그 너머의 경우 질량을 이동하려면 거의 핵으로 가야 합니다."라고 말했습니다.
원자로는 원자 (우라늄-235 원자 등)를 분해하여 에너지를 생성하는 유도 핵분열 과정을 통해 전력을 생성 합니다. 단일 원자가 분열할 때 많은 양의 열과 감마선을 방출 합니다. 핵 잠수함 이나 핵항공모함 을 구동하는 데 사용되는 것과 같은 고농축 우라늄 1파운드(0.45kg)는 약 100만 갤런(380만 리터)의 휘발유와 같습니다. 1파운드의 우라늄은 야구공 크기에 불과하므로 우주선에 많은 공간을 차지하지 않고도 오랜 시간 동안 우주선에 동력을 공급할 수 있습니다. 이러한 종류의 핵 동력, 전자기 추진 우주선은 엄청나게 먼 거리를 횡단할 수 있습니다.
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원자로의 열 에너지는 우주선에 전력을 공급하기 위해 전기로 변환될 수 있습니다. 여기에서 우리는 유도 핵분열을 통해 분열하는 우라늄-235 핵을 봅니다.
Goodwin은 "가장 가까운 별에 도달할 수는 없었지만 태양권계면까지의 임무는 볼 수 있었습니다."라고 말했습니다. "매우 잘 작동한다면 빛의 속도의 1% 미만의 속도로 도달할 수 있습니다. 그렇다 하더라도 가장 가까운 별에 도달하는 데 수백 년이 걸릴 것입니다. 이는 여전히 비현실적입니다."
heliopause은 로부터 태양풍되는 지점입니다 태양이 다른에 의해 생성 된 행성 간 태양풍에 부합 별 . 태양으로부터 약 200 천문단위 (AU) 떨어져 있습니다(헬리오페이즈의 정확한 위치는 알려져 있지 않음). 1AU는 태양에서 지구까지의 평균 거리 또는 약 9,300만 마일(1억 5,000만 km)과 같습니다. 비교를 위해 명왕성은 태양으로부터 39.53AU 떨어져 있습니다.
사람을 이동시키려면 훨씬 더 큰 장치를 만들어야 하지만 지름 1피트, 높이 3피트의 전자기력은 성간 탐사선과 같은 작고 무인 우주선을 아주 먼 거리까지 밀어낼 수 있습니다. Goodwin에 따르면 이 시스템은 매우 효율적이며 초전도체를 통해 많은 전력을 공급합니다 . 문제는 과학자들이 자석을 파괴하지 않고 그 힘을 추진력으로 변환할 수 있는지 여부입니다. 빠른 진동은 자석을 최대 강도로 끌어올릴 것입니다.
그러한 시스템에 대한 회의론자들은 Goodwin이 달성할 모든 것은 자석을 매우 빠르게 진동시키는 것이지만 아무데도 가지 않을 것이라고 말합니다. Goodwin은 그의 추진 시스템이 작동할 것이라는 증거가 아직 없다고 인정합니다. Goodwin은 "매우 투기적이며 가장 낙관적인 날에는 10분의 1의 가능성이 있다고 생각합니다."라고 말했습니다. 물론 100년 전만 해도 사람들은 우리가 우주에 갈 기회가 훨씬 더 적다고 믿었습니다.
