인간은 어떻게 우주를 정복할까? – 출발

중력의 방해 로켓은 보다 저렴하고, 가볍고, 재사용가능해질 필요가 있다. 지구를 떠나는 일은 이혼과 조금 비슷하다. 되도록 짐은 줄이고 빨리 끝내고 싶어한다. 하지만 강력한 힘, 특히 중력이 골치를 아프게 만든다. 어떤 물체가 지구로부터 자유로워지려면 시속 2만5천 마일(약 4만 킬로미터)을 넘는 속도로 발사되어야 한다. 여기에는 상당한 노력이 필요하다. 돈이 문제다. 화성으로 큐리어시티 로버를 발사하는 데에만 거의 2억 달러(약 2천3백38억원)가 들었다. 더구나 유인 계획이라면 생명 유지에 필요한 물자가 짐이 될 것이다. 희귀금속 합금과 다층 섬유와 같은 복합 소재로 중량을 줄일 수 있다. 이러한 소재에 더 효율적이고 강력한 혼합 연료를 더하면 추진장치로 보다 강력한 힘을 낼 수 있다. 하지만 재사용 가능성이 궁극적인 예산 절약을 이루게 될 것이다. “비행 회수가 늘어날수록 규모의 경제가 실현되죠.” 나사의 고등개념연구소에서 기술 지원을 맡고 있는 레스 존슨이 말했다. “그 점이 비용을 큰 폭으로 절감할 수 있는 핵심이죠.” 예를 들어, 스페이스X의 팰콘9은 반복해서 발사할 수 있도록 설계되었다. 더 많이 우주에 갈수록 비용은 더욱 저렴해진다.

 

아직도 느린 우주선 새로운 도구와 기술이 여행의 속도를 높일 것이다.

우주에서의 비행은 쉬운 일이다. 진공 상태라 아무 것도 속도에 방해가 되지 않지만 출발이 가장 큰 문제이다. 물체의 질량이 클수록 움직이는데 더 많은 힘이 든다. 그리고 알다시피 로켓은 덩치가 어마어마하게 큰 물건이다. 1차 추진에는 화학 추진체가 좋다. 하지만 값비싼 케로신은 몇 분 내로 바닥이 날 것이다. 그런 다음엔 목성의 위성에, 5~7년 내에 도달할 수 있길 바랄 뿐이다. 아마 여객기라면 상영할 기내 영화가 정말 많이 필요할 것이다. 놀라울 정도로 새로운 추진 방법이 필요하다. 현재 로켓 과학자들이 보유한, 또는 연구 중인, 또는 갖고 싶어하는 추진법을 소개한다.

 

우주는 지뢰밭 궤도상의 잡동사니를 줄이려면 인공위성에 자폭 장치를 달아야 한다.

우주 쓰레기 문제는 이미 현실이다. 미국 우주감시네트워크 (USSSN)는 지구 주위를 시속 1만 7천5백 마일(약 2만8천킬로미터)이 넘는 속도로 질주하는 1만 7천 개의 물체를 주시하고 있다. 만일 지름이 10센티미터 미만인 것도 셈에 넣는다면 그 수는 50만 개에 달한다. 심지어 페인트 부스러기라고 해도 중요한 장치에 구멍을 낼 수 있다. 만약 인공위성이 통째로 날아온다면 아무 것도 소용없다. 기능이 멎은 약 4천 개의 인공위성이 지구 주위를 돌고 있다. 지상관제소가 추적도 항상 완벽한 것은 아니다. 이런 인공위성들을 궤도에서 끌어낸다는 것은 비현실적이다. 인공위성 한 기를 포획하는 데에 우주 계획 급의 준비가 필요하니까. 그래서 앞으로 모든 인공위성들은 스스로 궤도에서 내려와야 한다. 여분의 연료를 방출하고 로켓 추진기나 태양 돛으로 하강하여 대기권에 재돌입하며 소각된다. 새로 발사될 인공위성의 90퍼센트에 임무해제 프로그램을 설치하지 않는다면 케슬러 증후군이 일어나게 될 것이다. 한 번의 충돌은 더 많은 충돌로 이어지고, 결국 우주에는 쓰레기가 너무 많아지게 된다. 만일 우주전쟁이 일어난다면 그 시기는 더 빨리 다가올 것이다. 누군가가 적국의 인공위성을 터뜨리기 시작한다면 “그건 재앙이 될 겁니다.” 유럽우주국 우주파편사무국 대표 홀거 크락이 말했다. 우주여행의 미래에 가장 중요한 것은 세계 평화일지도 모른다.

 

여긴 어디? GPS의 먼 우주 버전이 미래의 우주 경배자들을 인도할 것이다. 캘리포니아, 오스트레일리아, 스페인에 설치된 안테나들의 집합체인 심우주통신망은 우주에서 통용되는 유일한 항법 도구이다. 학생들이 만든 인공 위성부터 카이퍼 벨트를 누비고 다니는 뉴호라이즌 탐사선에 이르기까지 모두가 우주에서 방향을 잡으려고 심우주통신망을 사용한다. 신호가 통신망에서 우주선으로 갔다가 돌아오는데 걸리는 시간을 지구에 있는 초정밀 원자시계로 잰다. 그리고 항법사들이 우주선의 위치를 결정하는데 이 시간을 사용한다. 하지만 우주 계획이 증가하면서 통신망은 점차 혼잡해졌고 교환대는 바쁘기 일쑤다. 그래서 나사는 단기적 방책으로 부하를 줄이려는 연구를 하고 있다. 우주선에도 원자시계를 설치하면 한 번의 송신으로 거리를 산출할 수 있으니 전송시간이 반으로 줄어들 것이다. 그리고 대역폭이 더 높은 레이저로 사진이나 영상과 같은 대용량 정보 꾸러미를 보내게 될 것이다. 하지만 로켓이 지구와 더 멀어질 수록 이러한 방식의 신뢰성은 낮아진다. 물론 전파는 광속으로 이동하지만 심우주를 향해 전송하려면 아직 시간이 꽤 걸린다. 그리고 별을 보고 방향을 잡을 수도 있지만 현재 위치를 파악하기에는 너무 멀리 떨어져 있다. 미래의 우주계획과 관련해서, 심우주 항법 전문가인 조셉 귄은 목표와 근처에 있는 물체의 화상을 수집한 뒤 이들의 상대적 위치로 우주선의 좌표를 삼각측량하는 자동 체계를 만들고 싶어한다. 지상 관제는 전혀 필요하지 않다. “지구에서의 GPS와 같은 존재가 될 거에요. 차에 GPS 수신기를 두면 문제가 해결되죠.” 조셉 권은 이 장치를 심우주 측위 시스템이라고 부른다. 줄여서 DPS이다.

인간은 어떻게 우주를 정복할까? – 비행

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