Proton 발사체의 재기

2014.9.27 20:23 GMT (28일 00:23 모스크바 시간)

지난 5월 16일에 발사실패로 인하여 수개월간 발이 묶였던 러시아의 Proton 발사체가 지난 주말에 러시아 위성 Olymp (Luch 탑재물 탑재)을 싣고 발사되었다.

발사 당시에는 별다른 뉴스가 나오지 않았지만, 최소한 9시간여 비행을 거쳐서야 발사체가 위성을 분리해내는 Proton의 특성을 감안하면, 놀라운 일은 아닐 것이다.




Photo Credit: Oleg Urusov / Ria Novosti이번 발사 성공으로 인하여 지금까지 발사가 지체되었던 십여기 이상의 위성들이 각자 발사 계획을 새로이 세울 수 있게 되었다.
현재 전 세계적으로 Proton 발사체와 계약되어 발사를 기다리는 미국 및 유럽 위성들은 각자 6개월 이상의 발사 지연을 겪으며 곤란을 겪어왔다. 특히 대형위성의 경우, 현재에는 유럽의 Arianespace와 러시아의 Sea Launch, 중국의 Long March, 그리고 Proton이 있지만, 현재 Ariane은 내년도 말까지 발사계획이 꽉 차있으며, Sea Launch는 연이은 발사 실패로 재정적인 문제를 겪어 왔기에, 올해 초에 한번 발사에 성공한 뒤로, 2015년 말 이전까지 발사체를 제작하여 준비하는데 어려움을 겪고 있고, 중국의 Long March는 미국의 ITAR 규약에 묶여 미국 및 유럽에서 제작한 위성을 발사할 수가 없다.

따라서, Proton 발사체가 지난 5월에 발사 실패를 겪으며, 전 세계의 모든 위성 제작 및 운영 회사들이 어려움을 겪어 왔기에, 이번의 발사 성공이 전체 위성 발사 시장에 새로운 활력을 불어넣을 것으로 기대된다.

로케트에 장착된 Olymp 위성은 국방위성으로 정확한 정보가 나와있지는 않다. 그러나 이에 탑재된 Luch ("Beam"이라는 뜻) 위성 탑재물은 러시아가 개발한 Luch Multifunctional Relay System 의 위성으로 2006년부터 러시아 국립우주국이 개발해온 시스템이다.

이는 국제 우주정거장에 러시아가 제공하여야 하는 모듈을 제공하는 목적으로 제작되었으며, 미국의 TDRS 그리고 유럽의 EDRS와 같이 위성 데이타를 실시간으로 지상국에 연결할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 첫번째 위성인 Luch-5B 위성은 지난 2014년 4월 28일에 Proton 발사체에 의하여 성공적으로 발사되었었고, 이번이 두번째 위성이다.

Source: SpaceNews, ILS, New Straits Times Online, Space Flight Insider


화성 탐사선들 - 인도와 미국의 (선의의?) 경쟁...

9월 21일에 미국 NASA의 MAVEN 위성이 화성궤도에 진입한 것에 이어서 9월 24일에는 인도의 첫번째 화성탐사선 Mangalyaan 위성이 화성의 궤도로 진입하였다.


NASA의 MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN)은 화성의 대기를 탐사할 목적으로 보내졌으며, 2013년 11월 18일에 발사되었다.

ISRO의 Mangalyaan (힌디어로 화성이라는 뜻) 위성 역시 2013년 11월 5일에 발사되어 비슷한 길이의 여행을 한 뒤 최종적으로 화성 궤도에 도달하였다.



MAVEN 위성의 화성도착:


Mangalyaan 위성의 화성도착:

차이점이 있다면, 미국의 MAVEN 위성은 총 비용이 671 MUSD가 든 반면, 인도의 Mangalyaan은 단지 74 MUSD가 들었다는 점 (약 10% ?)

비교를 위하여, 유럽우주국 ESA의 Mars Express 위성은 2003년에 화성에 도착하기 위하여 386 MUSD가 필요하였었다.

이제는 미국과 소련 등 두 우주개발 강국에 추가하여, 유럽, 중국과 인도, 그리고 일본을 이야기 할 수 밖에 없게 되었는데, 특히나, 인도와 중국의 활약이 최근 돋보이고 있다.

특히나, 인도는 미국 NASA 연간 예산의 17분의 1 (17.5 BUSD vs. 1.2 BUSD)를 사용하고 있는데, 지난 1975년부터 현재까지 74기의 위성을 제작하여 발사하는 성공스토리를 만들어내고 있다.

2013년에 달에 성공적으로 착륙선을 보낸 중국의 입장에서는 이를 무시할 수가 없을 것이다. 지난 2014년 6월에 개최된 Int'l Planetarium Society 컨퍼런스에 참석한 중국의 달탐사 프로그램
과학자인  Ouyang Ziyuan은 2020년까지 중국도 화성에 로버를 보낼 계획이 있으며, 2030년에는 화성의 돌멩이 샘플을 지구로 가져오는 임무를 수행할 것이라고 이야기 하였다.

이러한 임무를 위하여 현재 중국이 개발에 박차를 가하고 있는 Long March 5 발사체가 2015년말에 처녀비행을 하는 것이 무엇보다도 더 중요해지고 있다.



Source: NASA, ISRO, Wall Street Journal, The Independent, IFLScience, SpaceDaily

태양폭풍 경고가 발생되었다...

태양 폭풍은 태양의 내부적인 운동에서 비롯되는 강력한 전자기파 폭풍이다.

9월 10일과 11일 이틀동안 태양의 한 지점에서 두차례에 걸쳐 강력한 태양 자기폭풍 Coronal Mass Ejection (CME)이 발생한 것을 ESA와 NASA가 합작하여 발사한 SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) 위성이 관측을 하였다.

The CME associated with a Sept. 10, 2014, X1.6 flare is visible in this image from the joint European Space Agency and NASA's Solar and Heliospheric Observatory.
(c) ESA & NASA - Soho image
Cette image captée par la NASA montre une... (Photo archives AFP)
(c) AFP
이번 시리즈 폭풍은 X1.6 클래스로 판명이 되었다. X-class는 폭풍의 힘의 정도를 측정하는 단위로 X2 는 X1보다 3배가 강하고, X3은 X2 보다 3배가 강하다.

WSA Enlil model run
(c) NOAA Space Weather Prediction Center

이 폭풍은 이번 주말에는 지구 대기권에 도달할 것으로 보이며, 지구상공에서는 G2 (moderate) 와 G3 (strong) 단계 사이의 전자기폭풍을 야기할 것으로 예상된다.

따라서, 주말사이에 지구상의 고위도 상공에서 코로나 현상을 보이는 것을 비롯하여 전자기장의 교란이 발생할 수 있겠다.
특히나, 전자제품들의 피해가 예상되는 만큼 전기쇼크에 민감한 정밀한 기계들은 전원을 뽑아놓는 것도 하나의 보호 방법이 될 수 있겠다.

지구를 도는 위성들은 지구대기가 보호해주는 부분이 없기에, 특히나, 태양의 폭풍에 노출되어 전자기적 영향을 받아 고장을 일으킬 가능성이 크기에 위성을 운용하는 회사들은 각별한 주의를 요한다.

물론, 캐나다나 북유럽, 알래스카, 북만주 또는 러시아 북부에 사는 사람들은 황홀한 코로나 현상을 감상할 수 있는 얼마안되는 기회일 수도 있다.

다만, 1989년 3월 13일에 발생한 태양폭풍으로 캐나다의 퀘벡주 전체가 12시간동안 전기공급을 못 받았다는 과거기록을 상기시킬 수 있겠다. 아울러, 2012년 7월 23일에 발생한 태양폭풍은 "방향이 지구쪽이 아니어서 다행이지 지구를 정면으로 향하였더라면, 지구의 모든 전자기기들을 교란시킴으로써 전 인류의 문명을 18세기로 보낼 수도 있었다" 고 NASA 관계자는 전하고 있다.

A solar flare that erupted from the sun's surface on Jan. 7, 2014, enhanced the appearance of the aurora borealis.
(c) USA Today
This image of the sun shows the moment a large solar flare, in the center, erupted on Wednesday, spewing forth high-energy particles and plasma.


연료가 필요없는 추력기의 개발이 사실인가?

Thruster without Propellant...

수년전 영국의 Roger Shawyer가 SPR Ltd 라는 회사를 설립하고, EmDrive 라는 연료가 필요없는 추력기를 제안하였을 때, 많은 사람들이 비웃었다.

EmDrive 는전기의 힘을 추력으로 변환시킬 수 있다고 하였고, 여러개의 데모 시스템을 만들어 시연하였지만, 이 시연제품을 제대로 들여다보지도 않은 많은 사람들은 뉴튼의 법칙에 위배되는 시스템을 만든 사기꾼이라고 하였다.

뉴톤의 역학에서,모멘텀은 반드시 보존이 되어야 한다. 따라서, 정지된 물체는 외부의 힘이 없이는 움직일 수 없으며, 자체적인 움직임을 만들어내기 위하여는 질량의 일부를 떼어내 반대방향으로 던져야 한다. 이는 아무런 저항력이 없는 우주공간에서 로케트가 내부의 연료를 반대방향으로 분사함으로써 앞으로 날아가는 원리이다. 다만, 좀 더 큰 추력을 얻기 위하여는 소모하는 연료를 아주 빠른 속도로 반대방향으로 방출할 수 있도록 연료를 태운다던지 하는 테크닉이 사용될 뿐이다.


다만, EmDrive는 전자기파를 닫힌 공간에 복사시킴으로써 공명을 얻어내고 이 전자기파가 만들어내는 힘이 서로 다른 크기의 반사판에 적용될 때 이곳에서 만들어지는 힘의 크기가 달라진다고 하는 특성을 이용하여 이 힘의 차이를 추력으로 사용하고자 한다.

이러한 원리를 이용한 EmDrive는 16 mN의 추력을 내었다고 2003년에 발표하였으나, 이의 실현가능성을 믿지 않은 유럽과 미국 사람들에 묻혔다.

2012년에 중국 시안 북서과학기술대학의우주공학과 Yang Juan 교수는 위와 같은 원리를 적용하여 독자적인 추력기를 만들어 실험하였고, 이를 통하여 2.5 kW의 전기를 공급하여 720 mN의 추력을 얻어내었다는 실험하였다는 논문(1) 을 발표하였다.

이에 고무된 미국의 과학자 Guido Fetta가 직접 연료가 들지않는 전자기파 추력기 microwave thruster를 만들었고, 이를 NASA와 함께 테스트 하자고 제안, 이를 받아들인 NASA와 함께 실험한 내용을 지난 7월 30일, Jet Propulsion Conference에서 발표하였다. 이 발표(2)에 따르면, 뉴튼의 역학을 거스르는 추력기의 성능이 실현가능하다는 것.
 
(c) LiveLeak.com

미국의 Guido Fetta가 개발한 추력기는 Cannae Drive라고 불리운다.
이는 한니발이 Battle of Cannae에서 훨씬 더 힘이 쎄다고 여겨진 로마의 군대를 격파시킨 것에 힌트를 얻었다고 한다. 또는 Star Trek의 엔지니어 Scott 가 이야기하길 "I cannae change the laws of physics" 라는 문구에서도 힌트를 얻었을 수도 있겠다.

어떤 형태가 되었건, Fetta의 발표 (3) 를 바탕으로 이제는 최소한 3개의 팀이 연료가 필요없는 추력기를 만들었다고 주장하는 것인데, 이를 세 팀의 실수로 증명이 될지, 아니면, 정말로 퀀텀역학에 바탕이 된 획기적인 추력기의 탄생을 보고 있는지는 조만간 새로운 실험들로 증명이 될 것이다.

누가 되었건, 상업적으로 가장 먼저 사용할 수 있는 추력기를 개발하는 팀이 향후 우주개발의 주도적인 역할을 할 것이다. 전통적인 우주개발의 강국인 미국 못지않게, 떠오르는 중국의 역할 역시 큰 기대를 하게한다...

 
(1)Yang Juan, et al, Net thrust measurement of propellantless microwave thrusters, Journal Acta Physica Sinica, 2012
(2) David Brady, et al, Anomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low-Thrust Torsion Pendulum, 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 2014
(3) Guido P. Fetta, Numerical and Experimental Results for a Novel Propulsion Technology Requiring no On-Board Propellant, 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 2014

Source:Wired UK, LiveLeak.com,