최근 넷플릭스에서 발표 된 중국 공상 과학 영화 <방황 지구>에서 인류는 거대한 추진기를 사용하여 지구 궤도를 바꾸려고 시도하고 있으며, 태양을 피하고 목성과의 충돌을 막습니다.
시나리오가 언젠가 이루어질 수 있습니다. 50 억 년 안에 태양은 연료가 소진되고 팽창하여 지구를 가득 채울 것입니다. 보다 즉각적인 위협은 지구 온난화 묵시입니다. 지구를 더 넓은 궤도로 옮기는 것이 해결책이 될 수 있으며 이론 상으로는 가능합니다.
그러나 어떻게 해결할 수 있으며 엔지니어링 과제는 무엇입니까? 논쟁을 위해서, 우리는 지구를 현재의 궤도에서 태양과 50 % 더 멀리 떨어져있는 화성으로 지구를 이동시키는 것을 목표로 가정하자.
우리는 지구를 충돌로부터 보호하기 위해 소체 (소행성)를 몇 년 동안 궤도에서 이동시키는 기술을 고안해 왔습니다. 일부는 충동적이고 종종 파괴적인 행동을 기반으로한다 : 소행성 표면 근처 또는 표면에 핵폭발, 또는 "동력 충돌기", 예를 들어 우주선이 소행성과 충돌하는 고속. 이들은 파괴적인 성질로 인해 지구에는 적용 할 수 없습니다.
다른 기술들은 그 대신 소행성 표면에 도킹 된 예인선 또는 그 근처의 우주선 (중력 또는 다른 방법을 통해 밀어 냄)에 의해 제공되는 매우 완만하고 연속적인 푸시를 수반한다. 그러나 지구의 질량이 가장 큰 소행성에 비해 막대하기 때문에 이것은 불가능합니다.
전기 스러 스터
우리는 이미 지구를 궤도에서 움직여 왔습니다. 탐사선이 다른 행성을 위해 지구를 떠날 때마다, 총의 반동과 유사하게 반대 방향으로 지구에 작은 충격을줍니다. 운 좋게도 우리를 위해-그러나 불행히도 지구를 움직일 목적으로-이 효과는 엄청나게 작습니다.
SpaceX의 Falcon Heavy는 오늘날 가장 유능한 발사체입니다. 우리는 화성으로의 궤도 변화를 달성하기 위해 최대 용량으로 3,000 억 발사를 필요로 할 것입니다. 이 모든 로켓을 구성하는 물질은 지구의 85 %에 해당하며 지구의 15 %만이 화성 궤도에 남습니다.
전기 스러 스터는 질량, 특히 이온 드라이브를 가속화하는 훨씬 효율적인 방법으로, 용기를 앞으로 밀어내는 하전 입자 스트림을 발사하여 작동합니다. 우리는 지구 궤도의 끝 방향으로 전기 추진기를 겨냥하고 발사 할 수있었습니다.
대형 추진기는 지구 대기를 넘어 해발 1,000 킬로미터 이상이지만 추진력을 전달하기 위해 단단한 빔으로 지구에 단단히 부착되어 있어야합니다. 올바른 방향으로 초당 40km의 이온 빔이 발사 된 상태에서 나머지 87 %를 이동시키기 위해서는 이온 중 지구 질량의 13 %에 해당하는 양을 방출해야합니다.
빛에 항해
빛이 운동량을 전달하지만 질량은 없기 때문에 레이저와 같은 집중된 광선에 지속적으로 전원을 공급할 수도 있습니다. 필요한 힘은 태양으로부터 수집 될 것이며 지구 질량은 소비되지 않을 것입니다. 획기적인 Starshot 프로젝트에 의해 구상 된 거대한 100GW 레이저 플랜트를 사용하더라도 태양계 밖으로 우주선을 발사하여 주변의 별을 탐사하는 것을 목표로하지만 궤도 변화를 달성하기 위해서는 30 억 년의 연속 사용이 여전히 필요합니다.
그러나 지구 옆에 위치한 태양 돛을 사용하여 태양에서 지구로 빛을 직접 반사 할 수도 있습니다. 연구원들은 10 억년의 시간에 걸쳐 궤도 변화를 달성하기 위해서는 지구 직경보다 19 배 큰 반사 디스크가 필요하다는 것을 보여 주었다.
행성 간 당구
두 궤도 선체가 운동량을 교환하고 속도를 변경하는 잘 알려진 기술은 가까운 통로 또는 중력 새총입니다. 이 유형의 기동은 행성 간 프로브에 의해 광범위하게 사용되었습니다. 예를 들어, 2014 년에서 2016 년까지 혜성 67P를 방문한 Rosetta 우주선은 2005 년과 2007 년에 지구 근처에서 10 년 동안 혜성으로 10 년 동안 여행했습니다.
결과적으로 지구의 중력장은 로제타에 실질적인 가속을 주었고, 이는 추진기만으로는 달성 할 수 없었습니다. 결과적으로 지구는 반대의 동일한 충격을 받았지만 지구의 질량으로 인해 측정 가능한 영향은 없었습니다.
그러나 우주선보다 훨씬 더 큰 것을 사용하여 새총을 수행 할 수 있다면 어떨까요? 소행성은 확실히 지구에 의해 방향이 전환 될 수 있으며, 지구 궤도에 대한 상호 영향은 미미하지만이 동작은 여러 번 반복되어 궁극적으로 상당한 지구 궤도 변화를 달성 할 수 있습니다.
태양계의 일부 지역은 소행성 및 혜성과 같은 작은 물체로 밀집되어 있으며, 이들 중 상당수가 실제 기술로 움직일 수있을 정도로 작지만 여전히 지구에서 실제로 발사 할 수있는 것보다 훨씬 더 큰 규모입니다.
정확한 궤적 설계를 통해 소위 "Δv 레버리지"를 이용할 수 있습니다. 작은 물체는 궤도 밖으로 튀어 나와 결과적으로 지구를 뛰어 넘어 지구에 훨씬 큰 충격을 줄 수 있습니다. 이것은 흥미로워 보일지 모르지만, 태양의 팽창을 따라 잡기 위해서는 각각 약 수천 년 간격으로 백만 개의 소행성 근접 패스가 필요할 것으로 추정되었습니다.
판결
사용 가능한 모든 옵션 중에서 여러 소행성 새총을 사용하는 것이 현재 가장 달성 가능한 것 같습니다. 그러나 미래에 거대한 공간 구조 또는 초강력 레이저 어레이를 구축하는 방법을 배우면 빛을 이용하는 것이 핵심 일 수 있습니다. 우주 탐사에도 사용할 수 있습니다.
그러나 이론적으로는 가능하고 언젠가 기술적으로 실현 가능할 수 있지만 실제로는 태양의 파괴로부터 살아남을 수있는 행성 옆집 인 화성으로 종을 옮기는 것이 더 쉬울 수 있습니다. 결국, 우리는 이미 그 표면에 여러 번 착륙했습니다.
지구를 움직이고 화성을 식민지화하고 습관적으로 만들고 지구의 인구를 시간이 지남에 따라 움직이는 것이 얼마나 어려운지를 고려한 후에는 그리 어렵지 않을 수 있습니다.
Matteo Ceriotti, 우주 시스템 공학 강사, 글래스고 대학교
