돌파 스타샷

Breakthrough Starshot
"스타샷"이 여기로 리디렉션된다.점토 표적은 스타샷(표적)을 참조하십시오.비디오 게임은 스타샷: 스페이스 서커스 피버를 참조하십시오.
ESO는 2016년 8월 24일 독일 본사에서 엑소플라넷 프록시마 b의 발표를 논의하는 기자회견을 개최했다.이 사진에서, 피트 워든은 연설을 했다.

돌파 스타샷(Involution Starshot)은 4.37광년 떨어진 알파 센타우리 항성계통으로의 여행을 할 수 있도록 Glothip이라는 이름의 빛의 돛 항성 탐사선 개념 증명 함대를 개발하기 위한 돌파구 이니셔티브의 연구 및 엔지니어링 프로젝트다.[1]유리 밀너, 스티븐 호킹, 마크 저커버그가 2016년 설립했다.[2][3]

알파 센타우리 계통의 숙주 별인 프록시마 센타우리의 거주 가능 구역에 있는 지구 크기의 외부 행성인 프록시마 센타우리 b에 플라이 바이 임무가 제안되었다.[4]빛의 속도의 15%에서 20% 사이의 속도로,[5][6][7][8] 그 여정을 끝내는 데는 20년에서 30년, 그리고 우주선에서 지구로 돌아오는 메시지에는 약 4년이 걸릴 것이다.

이 성간 여행 프로젝트를 가능하게 하기 위한 개념 원칙은 UC 산타 바바라의 필립 루빈이 쓴 "성간 비행 로드맵"에 설명되어 있다.[9][10]경량 우주선을 보내려면 최대 100GW의 일관된 출력을 조합한 수 킬로미터의 빔 조향 레이저가 필요하다.[11]

일반

이 프로젝트는 2016년 4월 12일 뉴욕에서 물리학자 겸 벤처 투자가 유리 밀너가 이니셔티브의 이사로 활동하던 우주학자 스티븐 호킹과 함께 개최한 행사에서 발표됐다.다른 이사회 멤버로는 Meta Platforms (당시 페이스북으로 알려져 있다)의 CEO 마크 저커버그가 있다.그 프로젝트는 연구를 초기화하는 데 1억 달러의 초기 자금을 가지고 있다.밀너는 최종 임무 비용을 50억 달러에서 100억 달러로 책정하고 있으며, 첫 번째 우주선이 약 2036년까지 발사될 것으로 추산하고 있다.[6]피트 워든은 이 프로젝트의 전무 이사로, 에이비 롭 하버드 교수가 이 프로젝트의 자문 위원회를 맡고 있다.[12]

목표

돌파 스타샷 프로그램은 초고속, 경량구동 나노우주크래프트에 대한 개념 증명을 시연하고, 차세대 알파 센타우리에 첫 출시를 위한 기반을 다지는 것을 목표로 한다.[13]두 번째 목표는 태양계 탐사와 지구 교차 소행성 탐지가 있다.[14]이 우주선은 이 시스템에 존재할 수 있는 지구와 같은 세계를 비행하고 사진을 찍을 수 있을 것이다.

대상 행성

유럽남방관측소(ESO)는 2016년 8월 알파 센타우리 계통인 프록시마 센타우리에서 세 번째 항성을 공전하는 행성이 검출됐다고 발표했다.[15][16]프록시마 센타우리 b라고 불리는 이 행성은 그 별의 거주 가능한 영역 내에서 궤도를 돈다.그것은 돌파구 이니셔티브의 프로젝트의 목표가 될 수 있다.

2017년 1월 돌파구 이니셔티브와 유럽남방전망대(European Southern Observatory)는 인근 항성계 알파 센타우리에서 거주할 수 있는 행성을 찾기 위한 협력을 시작했다.[17][18]이번 협약에는 칠레의 ESO 초거대망원경(VLT)에서 VISIR(VLT Imager and Spectrometer for Mid-Infrared) 계기 업그레이드를 위한 자금 지원을 제공하는 '개척 이니셔티브'가 포함돼 있다.이 업그레이드는 시스템에서 행성이 감지될 가능성을 증가시킬 것이다.

개념

태양열 돛 개념

스타샷 개념은 배치를 위해 약 1,000개의 작은 우주선(센티미터크기)을 싣고 고고도 지구 궤도로 발사하는 것을 구상하고 있다.단계별 지상 레이저 배열은 공예품 돛에 광선을 집중시켜 100km/s2(10,000㎛)의 순서에 따라 평균 가속도를 10분 이내에 목표 속도로 하나씩 가속하고 각 돛에 전달되는 1TJ의 순서에 따라 조명 에너지를 제공한다.예비 돛모형은 표면적이 4m × 4m인 것이 제안된다.[19][20]스타샷 시스템 모델의 2017년 10월 프레젠테이션에서는[21][22] 원형 돛을 조사했으며, 돛 직경 5m로 빔 디렉터 자본 비용이 최소화되는 것을 발견했다.

지구 크기의 행성 프록시마 센타우리 b는 알파 센타우리 시스템의 거주 가능 지역 내에 있다.이상적으로, 돌파 스타샷은 우주선을 그 세계로부터 1억 5천만 킬로미터 혹은 9천 3백만 마일 내에 겨냥할 것이다.이 거리에서, 우주선의 카메라는 표면의 특징을 해결하기에 충분히 높은 해상도의 이미지를 포착할 수 있다.[23]

그 함대는 약 1000개의 우주선을 가지고 있을 것이다.스타칩이라고 불리는 각각의 차량은 몇 그램의 매우 작은 센티미터 크기의 자동차일 것이다.[1]그것들은 최대 100 GW의 조합된 출력을 가진 10 kW 지상 레이저의 제곱 킬로미터 배열에 의해 추진될 것이다.[24][25]약 1000대의 무리가 목표물로 이동하는 항성간 분진 충돌로 인한 손실을 보상할 수 있다.[24][26]2016년 Thiem Hoang과 공저자들은[27] 세부적인 연구에서 먼지, 수소, 은하계 우주선과의 충돌을 완화시키는 것이 처음 생각했던 것만큼 심각한 공학적인 문제가 아닐 수 있다는 것을 발견했다.[28]

기술적 당면 과제

가벼운 추진은 엄청난 힘을 필요로 한다: 기가와트(약 대형 원전의 출력)의 힘을 가진 레이저가 몇 뉴턴의 추진력만을 제공할 것이다.[25]우주선은 불과 몇 그램의 질량을 가지고 있는 것으로 낮은 추진력을 보상할 것이다.카메라, 컴퓨터, 통신 레이저, 원자력 발전원, 그리고 태양 돛은 질량 한계 내에 맞도록 소형화되어야 한다.[25][29]모든 구성 요소는 극도의 가속, 냉간, 진공 및 양자를 견딜 수 있도록 설계되어야 한다.[26]우주선은 우주 먼지와의 충돌에서 살아남아야 할 것이다; 스타샷은 각각의 정면 단면의 제곱 센티미터가 적어도 0.1 μm 크기의 입자와 고속으로 충돌할 것으로 예상하고 있다.[25][30]총 100기가와트 레이저 세트를 태양 항로에 집중시키는 것은 대기 난기류로 인해 어려울 것이므로 우주 기반 레이저 인프라를 이용하자는 제안이 있다.[31]이코노미스트에 따르면 최소한 십여 개의 기성 기술들은 규모에 따라 개선되어야 할 것이라고 한다.[25]

스타칩

StarChip 이름은 올해의 신인 시책에 의한 아주 작은, 센티 미터 크기,gram-scale, 성간 우주선이 올해의 신인 Starshot을 위한 제안된 임무 센타 우르스 좌, 가장 가까운 별 시스템, 지구에서 4.37광년에 여행에 1천 Spaceprobes의 함대를 발전하도록 program,[1][32] 진료에 사용된다.[33][6][34][5][35][36]그 여정에는 지구 크기의 외계 행성인 프록시마 센타우리 b의 플라이바이(Flyby)가 포함될 수 있다.[4]라이트 돛이 장착된 초경량 스타칩 로봇 나노크래프트는 빛의 [1][6][34][5]속도의 20%와 15%의 [5]속도로 주행할 계획이며, 스타 시스템에 도달하는 데 각각 20년에서 30년이 걸리고, 지구에 성공적인 도착을 알리는 데 약 4년이 소요된다.[6]실제 성간 여행을 가능하게 하는 개념적 원칙은 스타샷 프로젝트 [9]자문위원인 UC 산타바바라(UC)의 필립 루빈(Philip Lubin)이 '성간 비행 로드맵'에 기술했다.

2017년 7월 과학자들은 사티시 다완 우주센터에서 ISRO에 의해 스프라이트로 불리는 스페이스프로베의 전구체가 성공적으로 발사되어 극지 위성 발사체를 통해 비행했다고 발표했다.[37]105명의 스프라이트도 2019년 3월 18일 배치된 곳에서 2018년 11월 17일 발사된 킥사트-2 임무로 ISS로 비행했다.이들은 3월 21일 대기권 재진입과 소각 전 데이터 전송에 성공했다.[38][39][40][41]

구성 요소들

각각의 스페이스프로브 나노크래프트는 소형 카메라, 내비게이션 기어, 통신 장비, 광자 추력기, 전원 공급장치를 탑재할 것으로 예상된다.또한 각 나노크래프트에는 그램 크기의 질량을 가진 경량 재료로 만들어진 미터 크기의 경량 돛이 장착될 것이다.[1][32][33][6][35][36][42][43]

카메라

각각 최소 2 메가픽셀 해상도의 서브그램급 디지털 카메라 5대가 구상된다.[1][44]

프로세서

4개의 서브그램 스케일 프로세서가 계획되어 있다.[35][45]

광자 추력기

각각 최소 1W 다이오드 레이저 레벨에서 성능을 발휘할 수 있는 서브그램 스케일 광자 스러스터 4대가 계획되어 있다.[32][46][47]

배터리

플루토늄-238 또는 아메리슘-241에 의해 구동되는 150 mg의 원자 배터리가 계획되어 있다.[6][36][48]

보호 코팅

베릴륨 구리로 만들어진 코팅은 나노크래프트를 먼지 충돌과 원자 입자 침식으로부터 보호하기 위해 계획되어 있다.[36][49]

경항선

경 돛은 합성 그래핀 소재의 4x4m(13x13피트) 이하가 될 것으로 예상된다.[1][50][1][33][6][36][43][51]이 물질은 매우 얇아야 하며 입사 에너지의 극히 일부만 흡수하면서 레이저 빔을 반사할 수 있어야 하며 그렇지 않으면 돛을 기화시킬 것이다.[1][6][52]항성간 매체의 원자와의 충돌은 60와트/m의2 전력을 공급하기 때문에, 순항 중 경 돛은 동력원으로서 두 배가 될 수도 있다.[48]

레이저 데이터 송신기

레이저 통신기는 광선을 1차 반사체로 활용하며 지구에서 30m 직경의 수신 망원경을 가정할 때 알파 센타우리까지의 거리에서 전송된 전력의 와트당 2.6~15보드의 데이터 전송 속도를 낼 수 있다.[53]

궤도

스타샷 프로젝트는 고속으로 목표물을 통과하는 비행 임무용이다.헬러 외 [54]연구진은 (에어로브레이킹과 유사한 기동에서 광자 압력을 사용하여) 그러한 프로브를 느리게 하고 궤도에 진입시키는 데 광중력 보조 장치를 사용할 수 있다고 제안했다.이를 위해서는 제안된 스타샷 돛보다 훨씬 가볍고 훨씬 큰 돛이 필요하다.아래 표에는 포토그라비테이셔널 어시스트 랑데부 가능한 목표 별들이 나열되어 있다.[54]이동 시간은 최적화된 우주선이 항성으로 이동한 다음 항성 주위의 궤도에 진입하기 위해 계산된 시간이다.

이름 이동시간
(yr)		 거리
(ly)		 루미도
(L☉)
프록시마센타우리 121 4.2 0.00005
α 센타우리 A 101.25 4.36 1.52
α 센타우리 B 147.58 4.36 0.50
시리우스 A 68.90 8.58 24.20
에리다니 엡실론 363.35 10.50 0.50
프로시온 A 154.06 11.44 6.94
알테어 176.67 16.69 10.70
베가 167.39 25.02 50.05
포말하우트 A 221.33 25.13 16.67
데네볼라 325.56 35.78 14.66
캐스터 A 341.35 50.98 49.85
  • α Cen A와 B의 연속적인 도움은 두 별 모두 이동 시간을 75 yr까지 허용할 수 있다.
  • 경조선은 명목상의 그래핀급 돛에 대해 8.6×10m의−4−2 공칭 질량 대 표면 비율( rationom)을 가진다.
  • 라이트 돛의 면적, 약 105 m2 = (316 m)2
  • 최대 37,300kms−1(12.5% c)의 속도

기타 응용 프로그램

독일의 물리학자 클라우디우스 그로스는 다른 방법으로는 일시적으로 거주할 수 있는 외부 행성에 단세포 미생물의 생물권을 확립하기 위해 돌파구 스타샷 이니셔티브의 기술을 두 번째 단계에서 사용할 수 있다고 제안했다.[55][56]제네시스 탐사선은 빛의 속도의 약 0.3%인 저속으로 이동하게 된다.따라서 자기 돛을 사용하여 감속할 수 있다.[57]

참고 항목

  • 성간 탐사선
    • Project Sleaphy – 소형 레이저 추진 성간 탐사기의 타당성 연구
    • 프로젝트 다이달로스 – 1970년대 대규모 융접 동력 무인 성간 탐사 제안
    • Project Icarus – 2009년 프로젝트 다이달로스 설계 업데이트 프로젝트
    • 프로젝트 롱샷 – 알파 센타우리에 도달하여 궤도를 도는 400톤의 핵펄스 무인 우주선을 위한 설계
    • 2069 Alpha Centauri 임무 – NASA의 무인 탐사선 개념 - 가벼운 돛일 수 있음
    • 별빛 – 소형 레이저 광선 돛 간 항성 프로브 선단에 대한 UCSB 연구
    • Starwisp – 1985년 인근 별의 마이크로파 돛 비행에 대한 제안

참조

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외부 링크