수년 동안 우주는 광활하고 거의 텅 빈 환경으로 묘사되어 왔습니다.
그러나 실제로 지구의 궤도는 매우 다른 이야기를 전합니다.
>점점 더 혼잡해지고,-빠르게 움직이고, 예측이 불가능해지고 있습니다.
NASA에 따르면 현재 지구 궤도를 돌고 있는 우주 쓰레기는 50만 개가 넘습니다. 여기에는 작동하지 않는 위성, 충돌로 인한 파편, 남은 발사 구성 요소가 포함됩니다.
이들 모두는 최대 28,000km/h의 속도로 이동하며, 이는 작전 중인 우주선에 심각한 손상을 입힐 수 있을 만큼 빠릅니다.
그리고 그 우려는 더 이상 이론적인 것이 아닙니다.
우주 잔해가 중요한 엔지니어링 과제가 된 이유
공간은 더 이상 "비어 있지" 않습니다.
위성 운영자와 우주 엔지니어에게 있어{0}}위험이 높은 운영 환경이 되었습니다.
작은 조각이라도 다음을 수행할 수 있습니다.
- 위성 패널 손상
- 펑크 우주선 차폐
- 국제 우주 정거장을 위협하다
- 강제 비상 궤도 조정
NASA는 가장 큰 위험은 -지속적으로 모니터링할 수는 없지만 여전히 파괴적인 에너지를 운반하는 추적 불가능한 잔해에서 비롯된다는 점을 강조했습니다.
다시 말해서:
>가장 큰 위험은 시간 내에 볼 수 없다는 것입니다.
기존 접근 방식: 추적 및 회피
현재 우주국은 두 가지 주요 전략에 의존하고 있습니다.
1. 궤도 추적 시스템
NASA와 미국 국방부는 알려진 궤도 물체에 대한 매우 상세한 카탈로그를 유지 관리합니다.
이를 통해 엔지니어는 잠재적인 충돌 위험을 예측할 수 있습니다.
2. 충돌 회피 기동
위성과 우주선에는 충돌 위험이 감지되면 궤도 경로를 조정할 수 있는 시스템이 내장되어 있습니다.-
그러나 두 접근 방식 모두 다음과 같은 제한 사항을 공유합니다.
>잔해는 피하지만-제거하지는 않습니다.
일본의 혁신적인 접근 방식: 우주 "어망" 개념
일본 항공우주국 JAXA는 다른 솔루션을 모색해 왔습니다.
잔해물만 추적하는 것이 아니라 적극적으로 제거하자는 생각이다.
이 개념을 개발하기 위해 JAXA는 예상치 못한 업계 전문가와 협력했습니다.
>그물 엔지니어링 분야에서 100년 이상의 경험을 보유한 일본의 그물 제조업체입니다.
이러한 협력을 통해 전기역학적 테더 시스템이 개발되었습니다.
흥미롭게도 고성능 항공우주 부품 뒤에 있는 산업 자재 공급망에서 Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd.와 같은 회사는 까다로운 항공우주 및 고온 환경에서 흔히 사용되는 인코넬, 스테인리스강, 고강도 니켈- 기반 합금과 같은 고급 합금 소재를 공급하여 관련 엔지니어링 산업을 지원합니다.
전기역학적 테더 시스템
JAXA가 개발한 구조는 우주선 뒤를 따라다니는 길고 얇은 메쉬와 유사합니다.
전통적인 그물 모양은 아니지만 다음과 같은 핵심 개념을 공유합니다.
>궤도에 있는 외부 물체와 상호 작용하도록 설계된 유연하고{0}}강도가 높은 메시 구조입니다.
JAXA는 한 가지 중요한 이유로 단일 케이블 대신 메시 디자인을 선택했습니다.
파손에 대한 저항력이 높아짐
충격 조건에서 더 나은 내구성
우주 환경의 신뢰성 향상
이곳에서 어망 제조업체인 Nitto Seimo의 전문성이 가치를 발휘하게 되었습니다.
시스템 작동 방식
시스템은 전통적인 의미에서 물리적으로 잔해를 "잡지" 않습니다.
대신 지구의 전자기 환경을 사용합니다.
1단계: 배포
우주선은 원래 길이가 약 700미터에 달하는 긴 밧줄을 뒤쪽에 풀어 놓습니다.
2단계: 전자 방출
온보드 전자 방출기는 하전 입자를 우주로 방출합니다.
3단계: 전기적 상호작용
테더는 이러한 전자를 수집하여 전기적으로 충전됩니다.
4단계: 전자기 끌림
충전된 밧줄은 지구 자기장과 상호 작용하여 제동력을 생성합니다.
5단계: 궤도 붕괴
우주 쓰레기는 점차 속도가 느려지고 낮은 궤도로 이동합니다.
6단계: 대기 재-진입
결국 잔해는 지구 대기권으로 유입되어 안전하게 연소됩니다.
기술 확장
현재 실험 버전은 아직 개발 중입니다.
프로젝트에 참여한 엔지니어에 따르면:
현재 테더 길이: ~700미터
향후 요구사항: 5,000~10,000미터
테더가 길면 제동 효율성과 잔해물 제거 능력이 크게 향상됩니다.
JAXA는 이미 다음을 포함하여 여러 테스트 임무를 수행했습니다.
2014년 실험 배포
ISS 재보급 임무와 통합된 2016년 테스트
장기-목표는 완벽하게 작동하는 잔해물 제거 시스템입니다.
엔지니어링 관점: 이것이 중요한 이유
우주 인프라는 다음 요소에 점점 더 의존하고 있습니다.
- 통신 위성
- 네비게이션 시스템
- 지구 관측 플랫폼
- 우주-기반 네트워크
궤도 혼잡이 증가함에 따라 체인 충돌 위험도 증가합니다.
이로 인해 장기적인-엔지니어링 과제가 발생합니다.
>안전한 궤도 환경을 어떻게 적극적으로 유지합니까?
성공한다면 전기역학적 테더 시스템은 글로벌 궤도 유지 관리 인프라의 일부가 될 수 있습니다.
우주 시스템 뒤의 재료 공학
궤도 잔해 제거 시스템은 항공우주 공학에 중점을 두고 있지만 성능은 첨단 소재에 크게 좌우됩니다.
고강도-강도 합금, 내부식성-강, 니켈{2}} 기반 소재는 다음 분야에 널리 사용됩니다.
- 우주선 구조 부품
- 위성 지원 시스템
- 고온-항공우주 환경
- 추진-관련 조립품
예를 들어, Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd.는 강도, 안정성 및 내열성이 중요한 까다로운 엔지니어링 응용 분야에 일반적으로 사용되는 스테인레스강, 듀플렉스 스테인레스강, 인코넬 및 기타 니켈{3}} 기반 합금과 같은 산업용{2}}등급 재료를 제공합니다.
최종 생각
일본의 우주망 개념은 사고의 변화를 나타냅니다.
수동적 회피에서:
>"우주 쓰레기를 어떻게 피할 수 있나요?"
적극적으로 개입하려면:
>"지구 궤도를 어떻게 청소하나요?"
아직 실험 단계에 있지만 이 시스템은{0}}항공우주 공학, 전자기 이론, 심지어 전통적인 어망 제조까지 결합하는 학제간 혁신이 어떻게 우주 탐사의 가장 시급한 문제 중 하나를 해결할 수 있는지를 보여줍니다.
궤도 교통량이 계속 증가함에 따라 이와 같은 솔루션은 향후 임무를 위해 안전한 우주 환경을 유지하는 데 필수적인 인프라가 될 수 있습니다.
