우주 엘리베이터 건설, 가능하다? VIDEO: Astrophysicists Say One Space Elevator Concept Is Possible With Today's Technology/ 일본, 꿈의 프로젝트 '우주 엘리베이터' 구축 시동 ‘Space elevator’ technology tested
Astrophysicists Say One Space Elevator Concept Is Possible With Today's Technology
DAVID NIELD17 SEP 2019
Getting spacecraft into orbit is incredibly costly and difficult, and so scientists keep returning to the idea of a space elevator that can lift people and equipment out of Earth's atmosphere more easily. Now researchers have come up with a twist on the concept that - in theory at least - is doable with today's technology.
One Space Elevator Concept/sciencealert.com
현재의 기술로 우주 엘리베이터 건설이 가능할까? 우주선 발사에는 막대한 비용이 소요되며 실패도 많은 매우 어려운 프로젝트다. 최근에는 보다 저렴하고 안전하게 우주로 물자를 수송하는 수단으로 케이블 등을 건설해 물자와 사람을 운반하는 일명 '우주 엘리베이터(space elevator)'에 대한 관심이 높아지고 있다. 상상을 현실로....'우주 엘리베이터'란? 일반적인 우주 엘리베이터는 지표면 엘리베이터 기지에서 궤도 위성(우주정거장)까지 케이블을 이용해 엘리베이터에 가까운 건축물을 만들자는 구상이다. 우주 엘리베이터는 ▲지상 기지 ▲우주 기지 ▲기지를 연결하는 엘리베이터 줄 ▲사람 및 짐을 실어 나를 장치로 구성된다. 최근 강철보다 180배 강한 '탄소 나노튜브(nanotube)'를 비롯한 신소재 개발을 통해 엘리베이터 줄을 제작할 수 있는 가능성이 나오면서 우주 엘리베이터 건설이 가시화되고는 있지만 아직 기술적 문제 등 해결과제가 많다. 美천체물리학자, '우주 엘리베이터' 실현 가능성 주장 우주까지 한 번에 가는 엘리베이터가 과연 실제로도 가능할까? 실현 가능성에 대해 연구한 천체 물리학자는 "이론적으로 현재의 기술과 재료로 우주 엘리베이터와 유사한 건축물을 만들 수 있다"고 주장한다. 천체물리학 연구자인 캠브리지대 제피르 페노이어(Zephyr Penoyre)와 컬럼비아대 에밀리 샌포드(Emily Sandford)는 '우주 엘리베이터에 가까운 건축물을 현존 기술로 개발할 수 있다'는 내용의 논문을 수학·물리학 분야 논문 초고 사이트 아카이브(arxiv.org)에 공개했다.
아카이브(arxiv.org)에 공개된 연구팀 논문 논문에 실린 우주 엘리베이터 개념을 살펴보면 일반적인 '지구에서 우주로 이동하는 엘리베이터'가 아니라 '달 표면에서 지구 정지위성 궤도(geostationary orbit)까지 연결하는 엘리베이터'다. 건축물의 명칭은 '스페이스라인(spaceline)'이다. 스페이스라인을 활용할 경우 물자 수송에 필요한 연료가 기존 3분의 1로 감소할 것으로 두 사람은 내다봤다. 논문에 따르면 스페이스라인은 양 끝을 달 표면과 지구 표면에서 4만 2164km 떨어진 정지 궤도에 각각 고정하는 방식으로 필요한 모든 것을 우주로 운반 할 수 있다. 스페이스라인(본체)을 지구가 아닌 달에 설치하는 이유는 지구 중력 및 회전 속도를 견디기 어렵기 때문이다. 연구팀은 지구에 설치할 경우 하루에 한번 자전하는 지구 원심력으로 건축물이 왜곡될 가능성이 있다고 지적했다. 달은 항상 지구의 같은 면을 향해 있고 약 한 달에 한번 지구 궤도를 돈다. 상대적으로 움직임이 적은 달에 엘리베이터를 고정시키면 원심력 영향을 억제할 수 있어 달에 건설하는 것이 보다 안전하다는 것이다.
또 연구팀이 강조한 부분은 현존 기술과 재료로 구축할 수 있다는 것. 논문에 따르면 스페이스라인은 자일론(Zylon)을 비롯한 초강력 재료를 이용해 건설할 수 있다. 또 지구와 달 사이 중력이 균형을 이루는 라그랑주점(Lagrangian point)에 균형추(counter weight)를 겸한 베이스캠프를 건설해 긴 케이블을 안정적으로 유지할 수 있다고 설명한다. 논문에서는 비용과 실용 가능성 측면에서 현재도 제작이 가능하다고 주장하지만, 어디까지나 계산상의 개념 증명에 머무르고 있어 심사 학술지에는 게재되지 않았다. 하지만 기존 우주 엘리베이터 구상보다 저비용의 물자수송 가능성을 제시한다는 점에서 주목할 만한 연구라는 평가를 받고 있다. [데일리포스트=김정은 기자] |
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Rather than building a space elevator up from Earth, build a 'spaceline' down from the Moon, say astrophysicists Zephyr Penoyre from the University of Cambridge in the UK, and Emily Sandford from Columbia University in New York.
Based on their calculations, the researchers say such a construction is technically and economically feasible with the tools and materials we have today – something that can't be said for the space elevator concept.
The benefit of a spaceline over a space elevator is that it would orbit Earth just once a month – because it would be attached to the Moon, not Earth – and that means less of a strain coming from centrifugal forces.
It wouldn't actually touch our planet, but dangle down into geostationary orbit – some 42,164 kilometres (26,199 miles) above the surface – ready to transport whatever was needed up into the further regions of space.
via youtube
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"By extending a line, anchored on the moon, to deep within Earth's gravity well, we can construct a stable, traversable cable allowing free movement from the vicinity of Earth to the Moon's surface," write Penoyre and Sandford in their paper.
"It would reduce the fuel needed to reach the surface of the moon to a third of the current value."
Crucially, super-strong materials that we already have, including the Zylon carbon polymer, would work in this scenario.
By hitting what's known as the Lagrange point – where the gravitational forces of the Earth and Moon would come close to balancing each other out – the researchers think enough stability for operations can be achieved.
There would be some kind of 'base camp' here, the researchers say:
"Such a base camp would allow construction and maintenance of a new generation of space-based experiments – one could imagine telescopes, particle accelerators, gravitational wave detectors, vivariums, power generation and launch points for missions to the rest of the Solar System."
The counter weight of a base camp would also help keep the long cable anchored and stable – it will need to stretch more than 300,000 kilometres (186,411 miles), after all.
As an added bonus the risk of getting hit by space objects (like meteors) is low, and the cable could be manufactured to withstand small hits, the researchers suggest.
The idea of a lunar spaceline isn't brand new, but this latest study shows that it's now feasible in terms of cost and practicality. It's worth bearing in mind that this is only a proof-of-concept though, and the work has yet to appear in a peer-reviewed journal. It's been uploaded for feedback from the industry on pre-print server arXiv.org.
In other words, work on a spaceline isn't going to get underway anytime soon, unfortunately. But it might give us a more viable alternative for low-cost space exploration than the space elevator – and at least the maths checks out.
"We have calculated the tension and stresses on the spaceline, and showed that with modern materials it could be constructed within the fundamental limits of the materials," conclude the researchers.
The research is available on pre-print server arXiv.org.
일본, 꿈의 프로젝트 '우주 엘리베이터' 구축 시동
지난 14~15일 후쿠시마현에서 실증 실험
지상과 우주정거장을 케이블로 연결하는 꿈의 프로젝트 ‘우주 엘리베이터’ 구축을 현실화하기위한 실증 실험이 일본에서 처음으로 시도됐다.
‘지지통신’ 등 일본 언론에 따르면 일본 '우주엘리베이터협회(JSEA)'는 지난 14일부터 15일까지 후쿠시마현 미나미소마시(南相馬市)에서 가나가와대(神奈川大) 등 총 12개팀이 참가한 가운데 실증 실험을 진행했다.
the-japan-news.com
‘Space elevator’ technology tested Kanagawa University students participate in tests in Minamisoma, Fukushima Prefecture, on Sunday. 7:23 pm, September 16, 2019 MINAMISOMA, Fukushima (Jiji Press) — A two-day test for a future space elevator linking Earth and a space station ended in Minamisoma, Fukushima Prefecture, on Sunday. The test, the second of its kind, was organized by the Japan Space Elevator Association. It was attended by 12 teams including universities and companies in Japan and abroad. In each team’s test, equipment called a climber ascended a cable hung from a flying balloon carrying a robot. A Kanagawa University team dropped a robot from a height of about 100 meters in a simulation of a landing on Mars View Full Text https://the-japan-news.com/news/article/0006009558 |
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100m 상공에 풍선을 띄워놓고 각팀이 개발한 자율주행 로봇을 케이블을 이용해 끌어올린 후 지상의 목표 지점에 떨어뜨리는 강하 시험을 진행했다. 실제 강하시험에는 3개 팀만 강하 시도를 한 것으로 알려졌다.
자율주행 로봇은 가로, 세로, 높이가 각각 50cm 이내의 크기이고 무게는 8kg 이내이다. 참가팀은 자율주행 로봇을 케이블을 이용해 풍선이 위치한 100m 상공으로 이동시킨 후 낙하산을 이용해 지상 착륙을 시도했다.
이번 강하시험에선 한 대의 로봇이 시간 내에 지상의 목표 지점에 도착했으나 강하 과정에서 몸체의 일부가 파손됐으며 또 다른 로봇은 완전히 파손돼 주행이 불가능한 상태였다. 나머지 한 대는 공중에서 로봇이 분리되지 않았다.
낙하산을 타고 지상으로 강하하는 로봇
우주엘리베이터협회의 당초 시나리오대로라면 우주 엘리베이터에서 강하한 자율주행 로봇은 지상 목표 지점에 도착한 후 지상에서 주행 미션을 수행해야 한다. 하지만 이번 시험에서 지상으로 낙하한 로봇은 사람의 개입없이 정상적으로 작동하는데는 실패한 것으로 전해졌다.
협회측은 이번 실험이 우주 엘리베이터라는 꿈을 실현하기 위한 첫 걸음이라는 데 의미를 두고 있다. 우주엘리베이터협회는 향후 우주 공간에 우주엘리베이터를 구축해 로봇을 낙하하는 방식이 현실화될 것으로 보고 있다. 실제로 일본 종합 건설업체인 ‘오오바야시구미(大林組)'는 오는 2050년 우주 엘리베이터의 실현을 목표로 하고 있다.
지상에 착륙한 로봇
우주 엘리베이터는 지상과 고도 3만6000km의 우주정거장을 케이블로 연결해 엘리베이터로 오가는 구상이다. 우주 엘리베이터 기술이 현실화되면 로켓을 대신하는 새로운 수송 수단으로 자리잡을 것으로 기대된다. 장기적으로는 화성 등 행성의 적도상에서 약 10만km의 케이블을 연장해 우주 엘리베이터를 만들고 로켓에 의존하지 않고 인력과 물자 등의 이동이 가능할 것으로 보고 있다. 로켓에 비해 비용이 훨씬 저렴하다는 이점이 있다.
장길수 ksjang@irobotnews.com로봇신문사
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