Solar Sail, 지구 밖으로 돛을 펴라!

Solar Sail, 지구 밖으로 돛을 펴라!

 

Intro

  장황한 우주의 역사와 비교해볼 때 인간이 우주에 발을 들인지는 약 56년 밖에 되지 않았다. 우리가 지구 곳곳을 탐사하고 마침내 지구 밖 세상을 개척하기 시작한 이유는 우리의 시작은 어디부터인지, 지구 외에 생명체가 존재하는 곳은 어디인지에 대한 궁금증을 해소하고자 했기 때문이다. 그러나 인간이 지닌 기술로 우주를 탐험하기에는 우주에서 ‘기어가는’ 수준에도 미치지 못하는 것이 현실이다. 오늘은 우리가 우주에서 기어가는 수준을 벗어날 수 있는 아이디어 하나를 소개하고자 한다. 

 

우주는 너무나도 크다

  현재의 추정치에 따르면, 우리가 관측 가능한 우주의 크기는 약 930억 광년이라고 한다. 우주에서 통상적으로 쓰이는 거리 단위인 1광년이 약 9조 4600억km임을 감안하면 도무지 우리의 상상력으로는 떠올릴 수 없는 것이 우주라는 것을 실감할 것이다. 

[그림 1. 관측 가능한 우주의 크기]

출처 : The scale of the universe

 

그에 반해

  그러나 인간은 우주에서 너무나도 느리다. 역사상 가장 빠른 물체로 기록된 ‘헬리오스 태양탐사선’도 순간 최대 속도가 약 25만 2700km/h에 불과했다. 이 속도를 꾸준히 유지한다고 해도 인간이 태양과 가장 가까운 별인 ‘프록시마 센타우리(태양과 떨어진 거리가 약 4.22광년)’에 도달하는데 약 18000년이 걸린다.

  하지만 인간은 끊임없는 상상력을 가지고 있고 그 일환으로 우주선에 ‘태양광’을 사용해보는 의견에서 나온 개념인 ‘솔라 세일’이 생겨났다.  

[사진 1. 역사상 가장 빠른 물체인 헬리오스 태양탐사선]

출처 : 위키피디아

 

‘빛’을 이용해 우주선을 가속한다.

  빛을 이용해 물체를 가속시킨다는 개념은 1908년 과학자 Svante Arrhenius에 의해 처음 언급되었다. 솔라 세일은 커다란 금속의 돛을 이용하는데 돛이 태양광을 받으면 그 광압으로 인해 우주선이 가속된다. 이론상으로는 광속의 약 1/4 수준까지 가능한 것으로 보고 있다. 광속의 1/4 수준이 어느 정도인지 설명하자면 ‘초속’ 75,000km 정도로 우주선이 우주공간을 움직인다. 앞서 지구상 가장 빨랐던 물체인 헬리오스는 ‘시속’ 25만km이었던 것을 기억하라. 

[사진 2. Solar Sail]

출처 : NASA

 분명, 솔라 세일은 매력적인 아이디어다. 하지만 과연 이것이 실용화 될 수 있을까?

 

실제 개발된 Solar Sail

  역시 인간의 상상력은 위대하다는 말을 다시 해야겠다. 실제로 Solar Sail은 개발된 바가 있다! 2005년, 미국에서 세계 최초의 솔라 세일인 코스모스 1호가 개발되었고(예산과 기술력 문제로 발사에는 실패했다.) 2010년에는 일본에서 금성탐사를 목적으로 솔라 세일 ‘IKAROS’를 개발하기도 했다. 이는 역사상 최초로 성공한 솔라 세일로 평가 받고 있다. 또한 나사에서는 2018년에 제어할 수 있는 저비용의 큐브샛(초소형 인공위성) 솔라 세일 발사를 위한 The Near-Earth Asteroid Scout 계획을 추진하고 있다. 

[그림 2. IKAROS Solar Sail]

출처 : JAXA(Japan Aerospace Exploration Agency)

 

한계

  세계적으로 이루어진 많은 연구에도 불구하고 솔라 세일이 가야할 길은 아직 멀다. 현재 우주선과 비슷한 속도를 내기 위해서는 솔라 세일에 사용될 돛의 크기가 매우 커져야 하고 커진 돛의 형태를 안전하게 유지시키기 위한 기술 및 돛의 크기로 인한 자가 붕괴의 가능성 등 신경 써야 할 문제들이 많이 남아있다.

 

Outro

  일반적으로 태양광은 신재생에너지의 용도로만 생각하는 경우들이 많다. 하지만 시선을 약간만 돌려보면, 솔라 세일처럼 물체의 가속을 위해 사용되는 경우나 군사 목적으로 쓰이는 레이저 등 다방면에서 태양광이 응용되고 있음을 확인할 수 있다. 뜬금없지만 이처럼 인간에게 해보다는 득을 많이 주는 태양의 존재에 작게라도 감사를 표하는 것은 어떨까.