로켓 무게의 90% 차지하는 연료...'마이크로파 로켓 추진'으로 극복한다 Microwave-powered rocket propulsion gets a boost
츠쿠바대 연구팀
고출력 마이크로파 방사선 이용로켓 발사 가능성 연구
로켓을 우주로 보내는 것은 일반적으로 로켓의 초기 무게의 약 90%를 연료로 필요로 한다. 이러한 한계는 마이크로파 복사 빔을 통해 로켓에 필요한 전력을 무선으로 전달함으로써 극복될 수 있다. 일본의 한 연구팀이 이러한 마이크로파 추진력을 실제 응용에 사용할 수 있는지를 조사했다.
이번 달 우주선 및 로켓 저널에 발표된 연구에서 쓰쿠바 대학 연구진은 자유 비행 드론을 위한 마이크로파를 통한 무선 전력 전달을 시연하고 이 과정의 효율성을 알아냈다.
이러한 종류의 이전 분석은 수십 년 전에 수행되었으며 대부분 저주파(수 기가헤르츠; GHz)의 마이크로파로 간주되었다. 가동 주파수가 높아질수록 송전 효율이 높아진다는 점을 감안해 이번 연구 배후팀은 상대적으로 주파수가 높은 28GHz의 마이크로파를 사용했다. 연구팀의 드론은 무게가 약 0.4kg으로 마이크로파 빔의 근원 위로 0.8m 높이에서 30초간 맴돌았다.
"우리는 드론이 가능한 한 많은 마이크로파 동력을 받도록 하기 위해 정교한 빔 추적 시스템을 사용했다,"라고 이번 연구의 주 저자인 시마무라 코헤이는 말한다. "게다가 전송 효율성을 더욱 높이기 위해 GPS 장치와 동기화된 아날로그 위상 편이기를 사용하여 마이크로파의 위상을 세심하게 조정했다."
연구진은 빔을 통한 동력전달 효율성(4%), 드론의 마이크로파 포획(30%), 추진용 전자파로의 전환(40%) 등 관련 공정을 측정했다. 이 정보와 분석 공식을 바탕으로, 그들은 실험에서 전체적인 동력 전달 효율을 0.43%로 계산했다. 비교를 위해 연구팀은 이전 연구에서 자유 비행이 아닌 고정 위치 드론의 총 전송 효율을 60.1%로 측정했다.
시마무라 교수는 "이번 결과는 전송 효율을 개선하고 항공기, 우주선, 로켓에 대한 이 추진 방식의 타당성을 철저히 평가하기 위해 더 많은 작업이 필요하다는 것을 보여준다"고 설명했다. "향후 연구들 또한 빔 트래킹 시스템을 개선하고 우리의 실험에서 증명된 것 이상으로 전송 거리를 늘리는 것을 목표로 해야 합니다."
비록 마이크로파 로켓 추진은 아직 초기 단계에 있지만, 전통적인 추진 기술의 높은 탑재 연료 수요를 감안할 때 언젠가는 궤도에 로켓을 발사하는 우수한 방법이 될 수 있을 것이다.
황기철 콘페이퍼 에디터
Ki Chul Hwang Conpaper editor
(Source: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210803105540.htm)
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