성간 탐사선

Interstellar probe
태양계를 떠났거나 떠나려는 우주선은 네모난 상자로 묘사됩니다.
스타들은 현재의 기술이 그들에게 도달할 수 있는 시간적 규모에서 말 그대로 움직이는 목표물입니다.

성간 탐사선은 태양계를 떠났거나 떠날 것으로 예상되는 우주 탐사선으로, 일반적으로 태양 정지 너머의 영역으로 정의됩니다.그것은 또한 다른 항성계에 도달할 수 있는 탐사선을 가리킵니다.

2023년 현재 미국 항공우주국 NASA에 의해 발사된 다섯 개의 성간 탐사선은 보이저 1호, 보이저 2호, 파이오니어 10호, 파이오니어 11호, 뉴호라이즌스입니다.또한 2023년 현재, 보이저 1호, 보이저 2호, 파이오니어 10호가 성간 우주에 실제로 도달한 유일한 탐사선입니다.[1]나머지 두 개는 성간 궤도에 있습니다.

종단 충격은 태양풍이 아음속으로 느려지는 태양권의 지점입니다.종말 충격이 80-100 AU(천문단위)에 가깝더라도 태양의 중력장이 지배적인 지역(힐 구)의 최대 범위는 약 230,000 천문단위(3.6광년)로 추정됩니다.[2]이 지점은 4.36광년 떨어진 곳에 위치한 가장 가까운 알려진 항성계인 센타우루스자리 알파와 가깝습니다.탐사선들은 오랜 시간 동안 태양의 영향을 받겠지만, 그들의 속도는 태양의 탈출 속도를 훨씬 초과하기 때문에 영원히 떠납니다.

성간 공간은 보이저 1호가 감지한 태양으로부터 122AU 정도 뻗어 있는 자기 영역 너머의 공간과 다른 별들을 둘러싼 동등한 영향 영역으로 정의됩니다.보이저 1호는 2012년 성간 우주에 진입했습니다.[3]

현재 세 가지 프로젝트가 검토되고 있습니다.중국의 인터스텔라 익스프레스, 나사의 인터스텔라 탐사선, 그리고 획기적인 계획의 스타칩.

개요

행성 과학자 G. 러플린은 현재의 기술로 센타우루스자리 알파에 보내진 탐사선이 도착하는데 40,000년이 걸릴 것이라고 언급했지만, 인간의 일생 내에 탐사를 할 수 있는 새로운 기술이 개발되기를 희망했습니다.[4]그 시간에 별들은 눈에 띄게 움직입니다.예를 들어, 40,000년 후 로스 248은 센타우루스자리 알파보다 지구에 더 가까울 것입니다.[5]

더 빠른 속도를 달성하기 위해 제안된 기술 중 하나는 E-sail입니다.[6]태양풍을 이용하면 추진제를 사용하지 않아도 연간 20-30AU를 달성할 수 있을 것입니다.[6]

성간 탐사선 목록

2020년까지 5개의 성간 탐사선(사각형) 및 기타 천체(원형)의 태양 중심 위치(발사일 및 비행일 포함).마커는 매년 1월 1일 위치를 나타내며, 매 5년마다 라벨이 표시됩니다.
그림 1은 북쪽 황도대에서 축척으로 볼 수 있습니다.
그림 2부터 4까지는 20% 척도의 세 번째 각도 투영입니다.
SVG 파일에서 궤적이나 궤도 위를 맴돌면서 궤적과 관련된 발사 및 근접 비행을 강조 표시합니다.
참고 항목:태양계를 떠나는 인공물 목록

기능성 우주선

예술가들이 우주 공간에서 보이저 우주선을 보고 있습니다.

보이저 1호 (1977년 ~ )

보이저 1호는 1977년 9월 5일 NASA에 의해 발사된 우주 탐사선입니다.2023년 9월 19일 현재 약 159.880 AU (2.392 x 10 km10) 거리에 있으며,[7][8] 지구에서 가장 멀리 떨어져 있는 인공 물체입니다.[9]

이후 보이저 1호는 2004년 12월 16일 태양으로부터 94 AU 떨어진 곳에서 종말 충격을 통과한 것으로 추정되었습니다.[10][11]

보이저 1호는 2011년 말 진입해 태양에서 흘러나온 대전입자가 천천히 안쪽으로 회전하는 정체구간을 발견했고, 성간 공간이 압력을 가하는 것처럼 보여 태양계 자기장의 세기가 두 배로 늘어납니다.태양계에서 기원하는 에너지 입자는 거의 절반으로 감소한 반면, 외부로부터의 고에너지 전자의 검출은 100배 증가합니다.정체 영역의 안쪽 가장자리는 태양으로부터 약 113 천문단위(AU) 떨어져 있습니다.[12]

2013년 보이저 1호는 태양으로부터 121 AU 떨어진 곳에 2012년 8월 25일 태양 정지 상태를 넘어 성간에 진입한 것으로 여겨졌으며, 이는 인류가 처음으로 제작한 것으로 알려졌습니다.[13][14]

2017년 기준으로 탐사선은 약 16.95 km/s (3.58 AU/년)의 속도로 태양에 접근하고 있었습니다.[15]

만약 그것이 어떤 것에도 부딪히지 않는다면, 보이저 1호는 약 300년안에[16][17] 오르트 구름에 도달할 수 있을 것입니다.

보이저 2 (1977–)

보이저 2호는 2018년 11월 5일 태양 정지 상태를 넘어 성간 우주에 진입했습니다.[18]그것은 이전에 2007년 8월 30일 헬리오스 히트에 종료 충격을 통과했습니다.2023년 9월 19일 현재 보이저 2호는 지구로부터 133.101 AU (1.991 x 10 km10) 거리에 있습니다.[19]이 탐사선은 2013년 성간 우주로 갈 때 태양과 상대적으로 3.25 AU/년 (15.428 km/s)의 속도로 움직이고 있었습니다.[20]

2014년 12월 현재 이 별은 태양에 대해 15.4 km/s(55,000 km/h)의 속도로 움직이고 있습니다.[21]보이저 2호는 성간 플라즈마의 밀도와 온도를 직접적으로 측정하는 첫 번째 방법을 제공할 것으로 예상됩니다.[22]

뉴호라이즌스 (2006~)

뉴호라이즌스호는 쌍곡 탈출 궤도로 직접 발사되어 도중에 목성의 중력 도움을 받았습니다.2008년 3월 7일, New Horizons는 태양으로부터 9.37 AU 떨어져 있었고 매년 3.9 AU의 속도로 바깥쪽으로 이동했습니다.그러나 이 행성은 태양으로부터 멀어짐에 따라 1년에 불과 2.5 천문단위의 탈출 속도로 느려질 것이므로 결코 보이저 행성을 따라잡지는 못할 것입니다.2011년 초 기준으로 이 행성은 태양과 상대적으로 연간 3.356 천문단위(초속 15.91 킬로미터)의 속도로 이동하고 있습니다.[23]2015년 7월 14일, 그것은 태양으로부터 약 33 AU 거리에서 명왕성 근접 비행을 완료했습니다.[24][25]New Horizons는 2019년 1월 1일 태양으로부터 약 43.4 AU 떨어진 곳에서 486958 Arrokoth와 조우했습니다.[26][27][28]

IBEX 임무에 따라 보이저 1호는 94 천문단위(AU), 보이저 2호는 84 AU에서 태양권 종말 충격을 받았습니다.[29]

New Horizons가 100AU의 거리에 도달할 수 있다면 이 거리에서 보이저 1호보다 약 4km/s 느린 약 13km/s(29,000mph)의 속도로 이동할 것입니다.[30]

비활동임무

파이오니어 10 (1972 ~ 2003)

파이오니어 10호로부터의 마지막 성공적인 원격 측정 수신은 2002년 4월 27일 80.22 AU 거리에 있었고, 우주선으로부터의 마지막 신호는 2003년 1월 23일에 약 2.54 AU/년(12 km/s)의 속도로 이동하면서 태양으로부터 82 AU 거리에서 수신되었습니다.[23]

파이오니어 11 (1973 ~ 1995)

Pioneer 11의 일상적인 임무 수행은 1995년 9월 30일 지구로부터 65억 km(약 43.4 AU) 떨어져 연간 약 2.4 AU/s(11.4 km/s)의 속도로 이동하면서 중단되었습니다.[23]

탐침 파편

New Horizons의 세 번째 단계인 STAR-48 부스터는 New Horizons와 비슷한 태양계 탈출 궤도에 있지만 명왕성에서 수백만 킬로미터 떨어져 지나갈 것입니다.[23]그것은 2015년 10월 명왕성의 궤도를 넘었습니다.[23]

파이오니어 10호, 보이저 1호, 보이저 2호의 3단 로켓 추진체도 태양계 밖으로 탈출 궤도에 올라 있습니다.

제안된 미션

스타칩

2016년 4월, Breakthrough Initiatives는 빛의 속도의 20%[32][33]와 15%[34]의 속도로 가장 가까운 항성계인 알파 센타우리까지 여행할 수 있는 스타칩이라는 이름의 작은 센티미터 크기의 경 범선의 개념 증명 함대를 개발하기 위한 프로그램인 Breakthrough Starshot을 발표했습니다.[31]각각의 별 체계, 그리고 성공적인 도착을 지구에 알리는 데 약 4년이 걸립니다.

인터스텔라 익스프레스 (IHP) (2019–)

2019년 처음 제안된 CNSA 우주 임무는 태양권을 연구하기 위한 목적으로 2024년에 발사될 예정입니다.두 탐사선 모두 목성에서 중력 보조를 사용하여 카이퍼 대 천체 옆을 비행하게 되며, 두 번째 탐사선은 해왕성과 트리톤 옆을 비행하게 됩니다.다른 목표는 중화인민공화국 건국 100주년인 2049년까지 태양으로부터 100AU에 도달하는 것입니다.[35]

인터스텔라 프로브의 디자인 모델; 안테나는 그림의 한계를 훨씬 넘어 이동합니다.
인터스텔라 프로브 (우주선) (ISP) (2018–)

응용물리학 연구소가 주도한 NASA의 자금 지원 연구로 성간 탐사선에 대한 가능한 옵션에 대한 연구가 이루어졌습니다.명목상의 개념은 2030년대에 SLS에서 시작될 것입니다.빠른 목성 근접 비행, 동력 목성 근접 비행, 근일점 및 추진 기동을 수행하며 50년 이내에 1,000 ~ 2,000 AU (93 ~ 1,860억 마일, 1광년의 약 1.5 ~ 3%) 거리에 도달합니다.행성, 천체물리학, 외계행성 과학의 가능성도 조사되고 있습니다.[36]

인터스텔라 헬리오파우즈 프로브 (IHP) (2006)

ESA와 함께 2006년에 발표된 기술 참조 연구에서는 태양권을 벗어나는 것에 초점을 맞춘 성간 탐사선을 제안했습니다.목표는 25년 안에 200AU가 될 것이며, 기존의 발사는 하지만 태양 돛에 의해 가속되는 것입니다.약 200-300 kg의 프로브는 플라즈마 분석기, 플라즈마 전파 실험, 자력계, 중성 및 하전 원자 검출기, 먼지 분석기 및 UV-광도계를 포함한 여러 장비 세트를 운반할 수 있습니다.전력은 RTG에서 공급됩니다.[37]

혁신적인 인터스텔라 익스플로러 (2003)

NASA는 35kg의 과학 탑재체를 최소 200AU에 보내자는 제안을 했습니다.무거운 리프트 로켓, 목성 중력 보조 장치, 표준 방사성 동위원소 열 발생기로 구동되는 이온 엔진의 조합으로 연간 최고 속도 7.8AU를 달성할 것입니다.탐사선은 2014년에 목성의 중력을 이용하여 2044년경에 200 AU에 도달할 것을 제안했습니다.[38]

실감나는 인터스텔라 탐험가와 인터스텔라 탐험가 (2000년 ~ 2002년)

연구들은 아메리슘-241 기반 RTG, 광통신(라디오와 반대), 저전력 반자율 전자장치 등 다양한 기술을 제시하고 있습니다.궤도는 목성 중력 보조와 태양 오베르스 기동을 사용하여 20 AU/년을 달성하고 50년 이내에 1000 AU를 달성하며, 20,000 AU 및 1000년까지 임무를 연장할 수 있습니다.필요한 기술은 태양 주위의 근일점 연소를 위한 첨단 추진력과 태양 차폐물을 포함했습니다.태양열(Solar Thermal, STP), 핵분열열(Nuclear Fissue Thermal, NTP), 핵분열펄스(Nuclear Fissue Pulse) 및 다양한 RTG 동위원소를 분석하였습니다.이 연구에는 태양 탐사선(Parker Solar Probe도 참조), 핵 열 기술, 태양 돛 탐사선, 20 AU/년 탐사선, 그리고 별 엡실론 에리다니까지 200 AU/년 탐사선의 장기적인 비전도 포함되어 있습니다.[39]

이 연구의 "다음 단계" 성간 탐사선은 16톤의 H2 추진제를 사용하는 5 메가와트 핵분열 원자로를 제안했습니다.[39]21세기 중반의 발사를 목표로 하여, 4200 AU/년에 200 AU/년으로 가속되어 서기 5500년에 3400년의 여행 끝에 별 엡실론 에리다니에 도달할 것입니다.[39]그러나, 이는 탐사선에 대한 2세대 비전이었고, 이 연구는 당시의 (2002년) 기술로는 20AU/년도 불가능할 수 있다는 것을 인정했습니다.[39]비교를 위해, 연구 당시 가장 빠른 탐사선은 보이저 1호로, 태양과 상대적으로 약 3.6 AU/년(17 km/s)에 달했습니다.[23]

인터스텔라 프로브 (1999)

인터스텔라 프로브(Interstellar Probe)는 미국 항공우주국(NASA) 제트 추진 연구소에서 계획한 태양열 항해 추진 우주선입니다.14 AU/년(약 70km/s)[40]의 속도로 15년 안에 200 AU까지 도달할 계획이었습니다.이 임무를 위한 중요한 기술은 1g/m2 크기의 대형 태양광 돛입니다.

TAU 임무 (1987)

TAU 임무(Thousand Astronomical Units)는 1 MW 핵분열 원자로와 약 10년의 연소 시간을 가진 이온 드라이브를 사용하여 106 km/s의 속도(약 20 AU/년)에 도달하여 50년 안에 1000 AU의 거리를 달성하는 제안된 핵 전기 로켓 우주선입니다.[41]임무의 주요 목표는 우리 은하 내부와 외부의 별까지의 거리에 대한 시차 측정을 개선하는 것이었고, 2차 목표는 태양 정지 연구, 성간 매질의 조건 측정, 일반 상대성 이론의 (지구와의 교신을 통한) 시험이었습니다.[42]

미션개념

오리온 프로젝트 (1958년 ~ 1965년)

오리온 계획은 핵분열이나 핵융합 폭탄을 사용하여 동력을 가하는 핵펄스 추진체로 제안되었습니다.이 디자인은 1950년대와 1960년대 미국에서 성간 여행이 가능한 우주선의 한 가지 변형과 함께 연구되었습니다.

브레이스웰 프로브 (1960)

전자기 신호를 보내는 것과 반대로 프로브를 통한 성간 통신.

생어 광자 로켓 (1950년대-1964년)

Eugene Sanger는 1950년대에 반물질로 작동되는 우주선을 제안했습니다.[43]추력은 전자-양전자 소멸에 의해 생성된 반사 감마선으로부터 발생하도록 의도되었습니다.[43]

엔즈만 스타쉽 (1964/1973)

1964년에 제안되어 1973년 10월호 아날로그에서 검토된 엔즈만 우주선은 열핵 동력 펄스 추진에 12,000톤의 냉동 중수소 공을 사용할 것을 제안했습니다.[44]엠파이어 스테이트 빌딩과 궤도 내에 조립된 것보다 약 두 배 더 긴 이 우주선은 거대한 성간 탐사선과 목표 항성계의 망원경 관측에 앞서 진행된 더 큰 프로젝트의 일부였습니다.[44][45][46]

다이달로스 프로젝트 (1973년 ~ 1978년)

다이달로스 프로젝트는 자기장 노즐 내에서 작은 펠릿의 관성 구속 융합을 사용하여 동력을 제공하는 제안된 핵펄스 추진체였습니다.이 디자인은 1970년대에 영국 행성간 협회에 의해 연구되었고, 발사된 지 1세기도 안 되어 바너드 별을 스쳐 지나갈 예정이었습니다.계획에는 목성에서 헬륨-3을 채굴하는 것과 궤도에서 50,000 미터 톤 이상의 발사 전 질량이 포함되었습니다.

롱샷 프로젝트(1987~1988)

프로젝트 롱샷은 제안된 핵펄스 추진 우주선으로 자기장 노즐 내에서 작은 펠릿의 관성 구속 융합을 사용하여 다이달로스 프로젝트와 유사한 방식으로 동기력을 제공했습니다.이 디자인은 1990년대 NASA와 미국 해군사관학교에 의해 연구되었습니다.이 우주선은 센타우루스자리 알파에 도달하여 연구하기 위해 고안되었습니다.

스타위프 (1985)

스타위스는 로버트 L이 제안한 가상의 무인 성간 탐사선 디자인입니다. 앞으로.[47][48]그것은 태양열 돛과 개념이 비슷하지만, 인공 소스로부터 나오는 전자레인지로 작동되는 전자레인지 돛에 의해 추진됩니다.

메두사 (1990년대)

메두사는 존데일 C가 제안한 새로운 우주선 디자인입니다.솔렘, 일련의 핵폭발로 인한 압력 펄스에 의해 구동되는 대형 경량 돛(스피나이커) 사용.영국 행성간학회가 발표한 이 디자인은 1990년대 행성간 여행의 수단으로 연구되었습니다.[49][50][51][52][53]

스타시드 런처 (1996)

스타시드 발사기는 마이크로그램 성간 탐사선을 최대 1/3 광속으로 발사하기 위한 개념이었습니다.[54]

AIMSstar (1990년대~2000년대)

AIMStar는 제안된 반물질 촉매 핵펄스 추진체로, 반양성자 구름을 사용하여 연료 펠릿 내에서 핵분열과 핵융합을 시작합니다.[55]자기 노즐은 결과적인 폭발로부터 동력을 이끌어 냈습니다.이 디자인은 1990년대에 펜 주립 대학에서 연구되었습니다.이 우주선은 50년 안에 태양으로부터 10,000 AU 거리에 도달할 수 있도록 설계되었습니다.

이카루스 프로젝트 (2009+)

프로젝트 이카루스는 성간 탐사선을 위한 이론적 연구로 TZF(Tau Zero Foundation)와 BIS(British Interplanetary Society)의 지도 하에 운영되고 있으며 1973년에서 1978년 사이에 BIS에 의해 수행된 유사한 연구인 프로젝트 다이달루스에 의해 동기 부여되었습니다.[56]이 프로젝트는 5년이 걸릴 계획이며 2009년 9월 30일에 시작되었습니다.[57]

프로젝트 잠자리 (2014+)

인터스텔라 연구 이니셔티브(i4is)는 2014년에 프로젝트 드래곤플라이(Project Dragonfly)라는 이름으로 레이저 돛에 의해 추진된 작은 인터스텔라 우주선에 대한 프로젝트를 시작했습니다.[58][59]2014년과 2015년에는 디자인 대회의 맥락에서 네 개의 학생 팀이 이러한 미션을 위한 컨셉을 작업했습니다.[60]

획기적인 스타샷 (2016+)

2016년, Breakthrough Initiatives는 알파 센타우리로의 여행을 목표로 성간 여행을 위한 가벼운 항해 탐사선을 개발하는 프로그램을 발표했습니다.이 연구 프로그램은 1억 달러의 초기 자금을 지원받아 탐사선을 빛의 속도의 약 15% 또는 20%까지 가속하여 20년에서 30년 사이의 이동 시간을 확보할 수 있습니다.

제프리 A. 랜드는 외부 소스(기지국의 레이저)와 이온 추진기로부터 에너지를 공급하는 성간 여행 미래 기술 프로젝트 성간 탐사선을 위해 제안되었습니다.[61][62]

전구체 거리에서의 해왕성 횡단 탐사선

2000년대 초, 명왕성 너머에서 비교적 큰 새로운 행성체들이 많이 발견되었으며, 궤도는 태양열을 지나 수백 AU(90–1000 AU)까지 뻗어 있었습니다.NASA 탐사선 New Horizons는 2015년 명왕성 근접 비행을 한 이후로 이 지역을 탐사할 수도 있습니다(명왕성의 궤도는 약 29-49 AU입니다.)명왕성을 지나온 이러한 큰 천체들 중에는 136199 에리스, 136108 하우메아, 136472 메이크, 90377 세드나 등이 있습니다.세드나는 76 AU에 가깝지만, 천왕성에서 961 AU까지 여행하고, 작은 행성 (87269) 2000 OO67은 천왕성에서 1060 AU를 지나갑니다.이와 같은 천체들은 태양계를 이해하는 방법에 영향을 미치며, 이전에는 성간 임무나 전구 탐사선의 영역에서만 존재했던 영역을 횡단합니다.발견 이후, 이 지역은 행성간 탐사선의 영역이기도 합니다. 발견된 천체들 중 일부는 탐사 임무의 대상이 될 수도 있는데,[63] 그 예는 Haumea와 그 위성들(35–51 AU)에 대한 탐사선의 예비 작업입니다.[64]탐침 질량, 동력원 및 추진 시스템은 이러한 유형의 임무를 위한 핵심 기술 영역입니다.[63]또한 550 AU 이상의 탐사선은 태양 자체를 중력 렌즈로 사용하여 태양계 밖의 목표물을 관측할 수 있는데, 예를 들어 주변의 다른 항성 주위의 행성계를 관측할 수 있습니다.[65][66]

성간 메시지

참고 항목:외계인 기념비 목록

참고 항목

참고문헌

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