솔라 돛의 작동 원리

우리 태양계의 가장자리로 보내진 여러 개의 심우주 탐사선을 포함하여 마지막 달 임무 이후 수백 개의 우주 임무가 시작되었습니다. 그러나 우리의 우주 여행은 화학 로켓 엔진 의 힘 과 우주선이 운반할 수 있는 로켓 연료의 양에 의해 제한되었습니다 . 오늘날 우주 왕복선 발사 시 무게는 약 95%가 연료입니다. 그렇게 많은 연료와 연료를 저장하는 탱크의 필요성을 줄일 수 있다면 무엇을 달성할 수 있습니까?

국제 우주 기관과 일부 민간 기업은 우리가 더 멀리 갈 수 있도록 많은 운송 방법을 제안했지만 유인 우주 임무는 아직 달을 넘어서지 못했습니다. 이러한 우주 운송 옵션 중 가장 현실적인 것은 로켓 연료와 로켓 엔진을 모두 제거하고 돛으로 교체하는 것입니다. 네, 맞습니다.

NASA 는 우리를 깊은 우주로 보내기 위해 태양의 힘을 사용하는 태양 돛 이라고 불리는 이 놀라운 기술을 연구해 온 조직 중 하나입니다 . 이 기사에서는 NASA와 다른 사람들이 이 기술을 테스트하는 곳에서 태양 항해의 아이디어가 어떻게 발전했는지, 그리고 태양 항해가 우주에서 우리를 얼마나 멀리 그리고 빠르게 데려갈 수 있는지 보여줍니다.

1. 솔라 세일 컨셉
2. 솔라 세일 재료
3. 솔라 돛 발사
4. 미래의 우주 여행

거의 400년 전, 유럽의 많은 지역이 여전히 세계의 해군 탐사에 참여하고 있었기 때문에 요하네스 케플러 는 돛을 사용하여 은하계를 탐험하는 아이디어를 제안했습니다. 혜성 꼬리가 일종의 태양풍에 의해 날아간다는 관찰을 통해 그는 바람이 바다에서 배를 움직이는 것처럼 돛이 그 바람을 포착하여 우주선을 추진할 수 있다고 믿었습니다. 태양풍에 대한 Kepler의 아이디어는 입증되지 않았지만 과학자들은 그 이후로 햇빛이 물체를 움직이는 데 충분한 힘을 발휘한다는 것을 발견했습니다. 이 힘을 이용하기 위해 NASA는 빛에 의해 우주를 통과할 수 있는 거대한 태양 돛을 실험하고 있습니다.

태양 돛으로 움직이는 우주선에는 세 가지 구성 요소가 있습니다.

태양 돛으로 구동되는 우주선 은 추진제가 햇빛이고 태양이 엔진이기 때문에 동력을 위해 전통적인 추진제가 필요하지 않습니다. 빛 은 접촉하는 물체에 힘을 가하는 전자기 복사로 구성됩니다. NASA 연구원들은 태양에서 지구까지의 거리인 1천문단위(AU)에서 9300만 마일(1억 5000만km)에 해당하는 태양광이 약 1.4킬로와트(kw)의 전력을 생산할 수 있음을 발견했습니다. 1.4kw를 광속으로 나누면 태양이 가하는 힘이 약 9뉴턴(N)/평방 마일(즉, 2lb/km ² 또는 .78lb/mi ²). 이에 비해 우주 왕복선 주 엔진은 이륙 시 167만 N의 힘을, 진공 상태에서 210만 N의 추력을 생성할 수 있습니다. 그러나 결국 태양 돛에 지속적으로 작용하는 햇빛의 힘은 우주선을 기존 로켓보다 5배 빠른 속도로 추진할 수 있습니다.

이제 그 돛을 자세히 살펴보겠습니다.

배포 및 출시

NASA의 솔라 돛 추진 팀과 산업 파트너인 Able Engineering은 2004년 4월부터 5월까지 5주간의 테스트 기간 동안 Langley 연구 센터에 솔라 돛 시스템을 성공적으로 배치했습니다. 그런 다음 2004년 7월 NASA의 솔라 돛 추진 팀과 산업 파트너는 L'Garde, Inc.도 Glenn Research Center에서 태양열 항해 시스템을 성공적으로 배치했습니다.

2004년 8월, 일본 항공우주탐사국은 2개의 대형 솔라 돛을 발사하여 우주에 배치했습니다.

솔라 돛은 이전에 설계되었지만(NASA는 1970년대에 솔라 돛 프로그램을 실시했습니다) 지난 10년 동안 사용할 수 있는 재료는 실용적인 솔라 세일링 차량을 설계하기에는 너무 무거웠습니다. 가벼울 뿐만 아니라 반사율이 높고 극한의 온도를 견딜 수 있어야 합니다. 오늘날 NASA에서 테스트 중인 거대한 돛은 평균적인 편지지 한 장보다 100배 이상 더 얇은 매우 가벼운 반사 소재로 만들어졌습니다. 이 "알루미늄 처리된 내열성 재료"를 CP-1 이라고 합니다. 솔라 돛 기술을 개발하는 또 다른 조직인 Planetary Society (캘리포니아주 패서디나에 기반을 둔 민간 비영리 단체)는 Cosmos 1을 지원합니다., 알루미늄 강화 Mylar로 만든 태양열 돛을 자랑하며 한 겹의 플라스틱 쓰레기 봉투 두께의 약 1/4입니다.

돛의 반사 특성이 핵심입니다. 광자(가벼운 입자)가 반사 물질에서 반사될 때 돛에 운동량을 전달하여 돛을 부드럽게 밀어냅니다. 햇빛에서 오는 광자가 너무 많고 끊임없이 돛에 부딪히기 때문에 우주선의 일정한 가속도를 생성하는 일정한 압력(단위 면적당 힘)이 돛에 가해집니다. 솔라 세일 우주선에 가해지는 힘 은 우주 왕복선 과 같은 기존의 화학 로켓 보다 작지만, 솔라 세일 우주선은 시간이 지남에 따라 지속적으로 가속되어 더 큰 속도를 달성합니다.

우주선이 햇빛에서 멀리 떨어져 있으면 어떻게 되는지 궁금할 것입니다. 온보드 레이저 가 돛에 필요한 추진력을 제공할 수 있습니다.

태양광 발전 - 확인하십시오. 태양 돛 - 확인하십시오. 그러나 어떻게 돛과 우주선을 우주로 보낼 수 있습니까? 한 번 보자.

돛에 구멍을 원하십니까?

마샬 우주 비행 센터(Marshall Space Flight Center)의 레 존슨(Les Johnson)은 단단하고 가벼운 탄소 섬유 소재를 들고 있어 많은 태양광 돛 과학자들이 잠시 생각할 시간을 주었습니다. 이 섬유는 약 200배 더 두껍기 때문에 표준 솔라 돛 재료에서 출발했습니다. 그러나 수천 개의 작은 구멍으로 인해 테스트 중인 가장 얇은 솔라 돛 재료와 무게가 거의 비슷합니다.

태양광 만 전력으로 사용하면 태양 돛 이 지상에서 직접 발사되지 않습니다. 태양 돛을 발사하려면 두 번째 우주선이 필요하며, 이 우주선은 우주에 배치됩니다. 태양 돛을 발사하는 또 다른 가능한 방법 은 위성이나 다른 우주선에서 제공하는 마이크로파 또는 레이저 빔을 사용하는 것입니다. 이 에너지 빔은 돛을 향해 발사되어 우주로 발사되고 여행 중에 2차 전원을 제공할 수 있습니다. NASA 제트 추진 연구소 (JPL) 의 한 실험에서 돛은 마이크로파 빔을 사용하여 이륙하도록 구동되고 레이저 빔은 돛을 앞으로 밀어내는 데 사용되었습니다.

일단 발사되면 내장된 전개 메커니즘에 의해 작동되는 팽창식 붐 시스템을 사용하여 돛이 전개됩니다.

코스모스 1

행성 소사이어티(Planetary Society)의 태양 돛 구동 우주선인 코스모스 1호(Cosmos 1)는 바렌츠 해(Barents Sea)에 잠긴 러시아 잠수함에서 발사될 예정이다. 일단 발사되면 220.5파운드(100kg) 코스모스 1은 "킥 모터"에서 부스트를 받아 지구에서 약 885km(550마일) 떨어진 궤도에 올려놓습니다.

솔라 돛 기술 은 결국 NASA의 장거리 임무 에서 핵심적인 역할을 할 것 입니다. 그러나 이 태양 돛이 우리를 얼마나 멀리 데려갈 수 있으며 얼마나 빨리 그곳에 도착할 수 있을까요?

마지막 섹션에서 알 수 있듯이 태양 돛은 처음에 우주 왕복선을 발사하는 데 사용되는 힘의 양에 의해 구동되지 않습니다. NASA는 우주 탐사가 로켓 추진 우주선이 토끼인 "거북이와 토끼"의 이야기와 유사하다고 믿습니다. 이 경주에서 로켓 추진 우주선은 빠르게 튀어나와 목적지를 향해 빠르게 이동합니다. 반면에 태양 돛으로 구동되는 로켓이 없는 우주선은 느리지만 꾸준한 속도로 여행을 시작하고 태양이 계속해서 힘을 가함에 따라 점차 속도를 높입니다. 머지 않아 로켓은 아무리 빨리 달려도 동력이 바닥날 것입니다. 대조적으로, 태양 돛 공예는 태양으로부터 끝없는 전력 공급을 받습니다. 또한 태양 돛은 잠재적으로 지구로 돌아올 수 있습니다. , 반면 로켓 동력 차량은 그것을 되돌릴 추진제가 없을 것입니다.

태양광에 의해 계속 추진됨에 따라 태양열 돛 추진 차량은 로켓 구동 차량이 결코 달성할 수 없는 속도를 높일 것입니다. 이러한 차량은 결국 약 90km/초의 속도로 이동하게 되며, 이는 200,000mph(324,000kph) 이상입니다. 그 속도는 우주 왕복선의 궤도 속도인 8km/sec보다 약 10배 빠릅니다. 그것이 얼마나 빠른지 알려드리자면, 최고 속도로 여행하는 태양열 항해 차량으로 1분 이내에 뉴욕에서 로스앤젤레스까지 여행할 수 있습니다.

NASA가 태양 돛으로 구동되는 성간 탐사선을 발사한다면 20년 넘게 여행해 온 보이저 1호(지구에서 가장 먼 우주선)를 잡는 데 8년밖에 걸리지 않을 것이다. NASA는 레이저 또는 자기 빔 송신기를 추가함으로써 속도를 빛의 10분의 1인 18,600mi/sec(30,000km/sec)까지 올릴 수 있다고 말했습니다 . 그 속도로 성간 여행은 거의 확실할 것입니다.

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