우주엘리베이터는 아직 현실과 "25년 남았다"
2024-08-24
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
사진 설명: 일본 오바야시 그룹이 설계한 우주 엘리베이터
이미지 설명: 영국의 "New Scientist" 웹사이트에 게시된 우주 엘리베이터의 개념도
천양 특파원
지난해 개봉한 SF영화 '유랑지구2'에서는 전반의 클라이맥스는 우주엘리베이터에서의 치열한 사투였다. 실제로 일본 유명 건설사 오바야시그룹은 이미 2012년 초 우주엘리베이터 건설 계획을 제안해 2025년 착공해 2050년 완공을 목표로 했다. 이제 마감일이 다가오고 있는데, 프로젝트 진행 상황은 어떤가요? 많은 외신들은 기업과 업계 전문가들을 인터뷰하며 우주엘리베이터가 현실과는 아직 '25년' 더 남은 것 같다고 한탄했다.
우주 엘리베이터를 만드는 단계는 무엇입니까?
니혼게이자이신문은 최근 오바야시그룹이 2012년 높이 634m의 도쿄 스카이트리 건설을 마친 뒤 우주엘리베이터 건설 계획을 야심차게 제안해 2025년 착공해 2025년 완공을 목표로 삼았다고 밝혔다. 2050. 그러나 2024년 6월 도쿄국제정보기술전시회에서 우주엘리베이터 프로젝트 개발을 담당하는 기술본부 미래기술창조부 부치다 야스히로가 '오바야시그룹·우주엘리베이터와 그 전망' 시 씨는 아직 해결해야 할 문제가 산더미이고 공사가 시작되려면 아직 갈 길이 멀다고 인정했다.
보도에 따르면 우주 엘리베이터에 대한 최초의 아이디어는 1895년 '항공우주의 아버지'로 알려진 러시아 과학자 콘스탄틴 치올콥스키(Konstantin Tsiolkovsky)에 의해 제안되었습니다. 그는 파리의 에펠탑에서 영감을 받아 지구 동기 궤도에 도달할 수 있는 초고층 타워를 지상에 건설한 후 내부 엘리베이터를 타고 우주 공간으로 들어가는 것을 구상했습니다.
치올코프스키의 아이디어는 그 이후 여러 차례 바뀌었고 이제 우주 엘리베이터에 대한 아이디어는 기본적으로 확정되었습니다. 초강력 구조 케이블을 통해 우주정거장을 지구 표면과 연결하여 사람과 화물을 쉽게 지구로 수송할 수 있다는 것입니다. 하늘과 땅. 다린그룹의 세부 설계 계획은 적도해에 '지구항(Earth Port)' 기지를 건설하고 탄소나노튜브 소재로 만든 케이블을 통해 서로 다른 궤도 높이의 우주시설을 연결하는 것이다. 예를 들어, 고도 약 300km의 저궤도에 '저지구궤도 위성 방출 게이트'를 배치하고, 지구에서 운반된 인공위성을 궤도로 방출할 수 있도록 설정한다. 고도 36,000km의 정지 궤도에 올라가는 "스테이션"은 96,000km 상단에 주거용 유닛, 실험용 유닛, 차량 외부 실험용 유닛 등으로 구성되며 전체 구조의 균형을 맞추는 균형추가 있습니다. 또한 다양한 높이에서의 중력 조건(중력은 화성이나 달의 중력과 동일)에 따라 '화성 중력 센터', '달 중력 센터' 등 실험 시설도 설치된다. 달린그룹의 계획에 따르면 지상에서 시속 200km 정도의 속도로 움직이는 '엘리베이터'를 타면 약 1주일 만에 정지궤도에 도달하게 된다.
다린 그룹은 구체적인 건설 방법까지 명확하게 제안했다. 먼저 고도 300㎞ 상공의 우주엘리베이터를 건설하기 위한 우주선을 조립한 뒤 우주선을 정지궤도까지 이동시킨 뒤 탄소나노튜브 케이블을 우주선에서 아래쪽으로 방출해 지상과 연결하는 방식이다. 연결하고 고정한 다음 케이블에 리프트를 설치합니다. 엘리베이터는 우주정거장과 기타 시설을 건설하기 위해 지상과 우주 사이에 자재를 운반합니다. 부치다 야스히로(Yasuhiro Buchida)는 "총 510개의 케이블 보강이 필요할 것으로 추산되며, 완료하는 데 총 약 20년이 걸릴 것"이라고 말했습니다.
하늘과 땅을 오가는 가장 이상적인 교통수단
미국 '비즈니스 인사이더' 웹사이트는 우주엘리베이터를 '지구에서 우주까지 꿈의 운송수단'이라고 부를 수 있다고 전했다. 현재 인간이 우주에 진출하는 가장 큰 문제는 비용이 너무 비싸다는 점이다. 기존 로켓은 인간과 물질을 우주로 보내는 데 비용이 너무 많이 든다. 예를 들어, NASA는 4개의 아르테미스 달 탐사에 각각 41억 달러의 비용이 소요될 것으로 추산합니다. SpaceX의 Falcon 9 재사용 발사체의 현재 최저 발사 비용조차도 평균 발사 비용이 파운드당 미화 1,227달러(킬로그램당 약 미화 2,700달러)입니다. 기존의 로켓을 이용해 우주에 진입하려면 많은 양의 연료를 운반해야 하지만, 연료 자체가 너무 무거워서 운반해야 하는 연료의 양이 늘어나 악순환이 되기 때문이다. 대규모 건설 자재 운송이 필요한 우주 인프라의 경우 기존 로켓의 이러한 단점은 도저히 견딜 수 없습니다. 대조적으로, 우주 엘리베이터는 로켓이나 연료가 필요하지 않아 이러한 결함을 거의 완벽하게 피할 수 있습니다. 우주 엘리베이터는 일반적으로 전자기 기술을 사용하여 리프트에 전력을 공급하도록 설계되었으며 태양광 또는 마이크로파 기술을 사용하여 원격으로 전력을 전송할 수 있어 연료가 필요하지 않습니다.
보고서에 따르면 달린그룹 미래기술창조부에서 발행한 우주엘리베이터 프로젝트 보고서에는 우주엘리베이터가 파운드당 57달러로 절감된 비용으로 화물을 우주로 운송할 수 있다고 언급돼 있다. 다른 기관에서는 파운드당 미화 227달러로 추산하는데 이는 기존 발사체 비용보다 훨씬 저렴합니다. 또한 기존 로켓은 페어링 크기에 제한이 있어 운반할 수 있는 탑재량도 너무 클 수 없습니다. 이와 관련하여 우주 엘리베이터는 훨씬 더 작은 한계를 가지고 있습니다. 동시에 엘리베이터는 로켓보다 느리게 작동하지만 진동을 줄일 수 있으며 이는 민감한 장비를 궤도에 올리는 데 매우 중요합니다.
탄소나노튜브 제조기술은 아직 미성숙
니혼게이자이신문은 지구와 우주를 연결하는 초장 케이블을 만드는데 필요한 가볍고 튼튼한 소재가 부족해 그동안 우주엘리베이터가 환상의 무대에 갇혀 있었다고 전했다. 케이블은 자체의 엄청난 무게와 우주 시설로 인한 부담을 견딜 수 있을 정도로 매우 강해야 합니다. 계산에 따르면 강철과 같은 기존 금속 재료의 성능은 우주 엘리베이터 케이블의 요구 사항을 충족시키지 못합니다. 리프트와 케이블 사이의 마찰로 인해 발생하는 열은 또 다른 문제입니다. 진공 공간에서는 열이 방출되기 어렵습니다.
그러나 이러한 상황은 1991년에 바뀌었습니다. 가볍고 고강도의 탄소나노튜브 소재가 발견되면서 우주 엘리베이터가 가능해졌습니다. 보도에 따르면 이론상 탄소나노튜브의 강도는 최대 200Gpa에 달한다. 이는 머리카락보다 얇은 탄소나노튜브 200개가 자동차를 끌어당길 수 있다는 뜻이다. 고분자와 금속의 장점을 결합한 소재로 밀도는 강철의 1/6에 불과하지만 탄성률은 강철의 5배, 인장강도는 강철의 100배, 상온에서의 열전도율도 훨씬 뛰어나다. 다른 금속재료에 비해 높습니다. 따라서 Dalin 그룹은 탄소나노튜브를 우주 엘리베이터용 초고강도 케이블 제조에 이상적인 소재로 간주합니다.
그러나 오바야시 씨의 계획에 따르면 미래의 우주엘리베이터 케이블은 강도를 높이기 위해 여러 개의 탄소나노튜브로 구성하는 것이 아니라 길이 9만6000km, 분자 사이에 분자가 연결된 단일 탄소나노튜브로 만들어야 한다. 지난 6월 열린 도쿄국제정보기술전시회에서 관계자는 현재 관련 요구사항을 충족하는 탄소나노튜브는 1cm도 채 안 되는 양만 생산할 수 있다고 밝혔다. 따라서 보고서는 Dalin Group이 여전히 케이블 재료로서 탄소나노튜브의 대규모 제조 공정을 연구하고 있음을 인정했습니다.
더 많은 기술적 과제에 직면
미국의 "Fun Engineering" 웹사이트에서는 우주 엘리베이터가 적절한 케이블 재료가 없다는 것 외에도 다양한 기술적 문제에 직면해 있다고 언급했습니다. 예를 들어, 우주에는 우주 잔해가 점점 더 많아지고, 궤도에 있는 우주선에 대한 위협도 계속 증가하고 있습니다. 현재 국제우주정거장은 충돌 가능성을 피하기 위해 주로 작동 고도를 조정하지만, 국제우주정거장보다 질량이 훨씬 큰 우주 엘리베이터 상부구조의 경우 궤도를 조정하는 것이 훨씬 더 어렵습니다. 동시에 우주 엘리베이터의 케이블은 우주 잔해 충격, 강한 우주 방사선, 극심한 기온차, 대기 중 폭풍 및 낙뢰 등 극한 기후의 위협에 직면해 있습니다. 도전.
또한, 우주엘리베이터의 우주부분과 지상부분의 동기화를 보장하기 위해서는 적도에 건설되어야 하며, 현재 항공우주 건설 역량을 갖춘 대부분의 국가는 북반구에 위치해 있다. 거대한 지원 시설과 엄청난 작업량과 함께 우주 엘리베이터는 인근 운송 조건에 대한 특정 요구 사항을 가지고 있으며 이는 Dalin Group이 건설 위치로 해상 기지를 선택할 때 주요 고려 사항이기도 합니다. 그러나 'Fun Project' 웹사이트에서는 해양 기후가 크게 변화하고 폭풍에 의해 타격을 받을 수 있음과 동시에 관련 보안 문제도 더욱 커지고 해양 테러 공격에 취약하다고 언급했습니다. 마지막으로, 관련 건설 비용은 매우 비싸며, 오바야시 팀은 그 비용이 1조 엔(약 68억 달러) 이상일 것으로 추정합니다.
따라서 캐나다 물리학자 스티븐 코헨(Stephen Cohen) 등은 금세기 초에 우주 엘리베이터가 단 20~30년 안에 현실이 될 수 있다고 낙관적으로 추정했지만, 이제 부치다 야스히로는 이 프로젝트가 모든 당사자의 협력이 필요하다는 점을 인정하고 여전히 협력을 모색하고 있습니다. . 파트너. ▲#deepgood기사계획#
