우주비행사가 화성에 도착하는 데는 360일이 걸립니다. 어떻게 그들을 살려낼 수 있을까요? (가운데)

어젯밤에 "우주비행사가 화성에 가려면 360일이 걸린다. 어떻게 살려내느냐"라는 글을 썼습니다. (1부)" 기사에는 다음과 같이 적혀 있습니다.

"NASA의 연구 데이터에 따르면 화성 왕복 여행 중 우주비행사의 신체가 직면하는 방사선량은 대략 원자력 발전소 또는 1년에 15~20배에 달하는 핵잠수함 종사자의 암 발병 위험은 일반인에 비해 3% 높다.”

우주비행사의 생명을 보호하려면 반드시 우주선으로부터 방사선을 차단하는 방법을 찾으십시오. 일반적인 생각에 따르면 우주선의 외벽은 두꺼울수록 좋습니다. 어떤 사람들은 소행성을 먼저 포획하고, 소행성에 구멍을 파고 그 구멍 안에 우주비행사와 장비를 모두 숨긴 뒤, 소행성 외면에 엔진 장치를 설치하는 아주 참신한 계획을 내놓기도 했다. 소행성은 목적지를 향해 날아갑니다. 이론적으로 이 계획은 실현 가능합니다. 소행성 내부에 거주하는 우주비행사는 우주 방사선에 직면할 염려가 없습니다. 하지만 이 계획은 아직 실행되지 않습니다. 주된 이유는 이를 위해서는 높은 추진력 기술이 필요하고, 소행성을 한 위치에서 다른 위치로 밀어낼 수 있는 능력이 아직 없기 때문입니다. 기술 전문가들은 적어도 23세기까지는 이 목표를 달성할 수 없을 것이라고 추정합니다. 그러나 우리는 21세기 안에 화성 착륙이라는 야망을 실현하겠다고 결심했으며, 더 이상 기다릴 수 없다는 것이 분명합니다. 하지만 미래에 추진 기술이 성숙해지면 소행성을 우주선으로 활용하는 것은 그야말로 천재적인 설계입니다.

소행성 우주선 개조 계획은 잠시 접어두고, 우주비행사가 지구와 화성을 오가며 안전하게 여행할 수 있도록 21세기 기술을 어떻게 활용할지 이야기해보자. 이 목표를 달성하려면 우주선의 외부 껍질을 수정해야 합니다. 국제 우주 정거장의 외부 껍질은 알루미늄으로 만들어졌습니다. 이 금속은 두께가 몇 밀리미터에 불과하지만 Van Allen 방사선 벨트의 효과적인 보호 덕분에 대부분의 우주 방사선을 견딜 수 있습니다. 그러나 화성 임무를 수행하는 우주선이 직면하는 위험은 훨씬 더 복잡하며 우주 방사선에 저항할 수 있는 물질을 찾아야 합니다. 많은 사람들이 납을 생각합니다. 병원의 방사선 치료 영역에서는 실제로 납이 우주 방사선을 차단하는 데 사용됩니다. 하지만 문제는 납의 비율이 매우 크다는 것이다. 납은 원소 기호 Pb, 원자 번호 82, 원자량 207.2를 갖는 금속 화학 원소입니다. 원자량이 가장 큰 비방사성 원소입니다. 밀도는 11.3437g/cm²입니다. 현재의 기술적 역량으로 볼 때, 물질을 준궤도까지 운반하려면 막대한 양의 데이터가 필요하며 이는 매우 비쌉니다. 미국 우주 왕복선이 4.5리터의 물을 국제 우주 정거장으로 운반하는 데 85,000달러가 듭니다. Elon Musk의 SpaceX 회사는 더 저렴한 솔루션을 제공할 수 있지만 4.5리터의 물을 국제 우주 정거장으로 운반하는 데 여전히 11,000~12,000달러의 비용이 듭니다. 무거운 납 금속으로 만든 껍질 재료로 우주선을 발사하면 많은 비용이 듭니다. 이것은 분명히 충분히 경제적이지 않습니다. 따라서 우리는 우주선의 전체 질량을 너무 무겁게 만들지 않으면서 우주 비행사에게 안전을 보장하기에 충분한 균형점을 찾아야 합니다. 우주 방사선에 저항하고 흡수할 수 있는 더 가벼운 물질을 찾는 것이 매우 중요합니다.

일부 기술자들은 화학식이 H?O인 물을 생각했습니다. 이는 수소와 산소로 구성된 일반적인 무기 물질입니다. 엔지니어들은 우주선의 내벽에 원형의 플라스틱 물 탱크를 설치하고 물로 채울 수 있다고 상상했습니다. 설치 계산에 따르면 물탱크의 두께가 1.2~1.3미터라면 요구 사항을 거의 충족할 수 있으며 우주 비행사에게 우주 방사선에 대한 안전한 장벽을 제공하기에 충분합니다. 물론 물에도 무게가 있고, 그렇게 많은 양의 물을 우주로 운반하는 것은 비용이 많이 들지 않습니다. 그러나 미래에는 기술이 발전함에 따라 물을 우주에서 직접 수확할 수 있습니다. 물 탱크 외에도 연료 탱크도 인간에게 장벽을 제공할 수 있습니다. 2005년 NASA는 연구를 수행한 결과 액체 수소로 채워진 연료 탱크가 우주 방사선에 저항하는 데 도움이 된다는 사실을 발견했습니다. 연구진은 수소를 흡수해 팽창할 수 있는 금속인 팔라듐이 액체수소 연료탱크를 만드는 데 적합하다고 지적했다. 액체수소로 채워진 팔라듐 금속 연료탱크는 훌륭한 방사선 방호 장치가 될 것이다. 그런 다음 이러한 팔라듐 금속 연료 탱크 세트를 우주선 주변에 감싸면 우주선에 연료를 공급할 수 있을 뿐만 아니라 방사선 보호 우산 역할도 할 수 있어 일석이조라고 할 수 있습니다.

현재의 기술력으로 볼 때 이는 21세기에 이룰 수 있는 유일한 변혁이다.

금세기 안에, 심지어 금세기 첫 30~40년 안에 화성 착륙이라는 목표를 달성하려면 일반적으로 이런 종류의 보호 기술을 사용하게 될 것입니다.

그러나 이는 항상 "어리석은" 접근 방식입니다. 연료탱크의 무게도 꽤 크고, 지구와 화성 사이를 오가는데 엄청난 양의 연료가 소모된다. 새턴V가 사용하는 액체산소, 액체수소, 등유 연료를 기준으로 하면 비율에 따라 수십억 톤이 필요할 것으로 보인다. 일련의 압축 프로세스를 수행하더라도 여전히 큰 숫자입니다. 누군가 핵융합 우주선을 제안했습니다. 핵융합 우주선은 현재 인류가 실현할 가능성이 가장 높은 우주선이다. 비효율적인 화학연료를 제거한 것이 장점이며, 그 위력은 상당히 강력하고 효율도 기존 화학연료보다 수십배, 수백배 높다. 그러나 금세기 안에 이 기술이 나올지는 불분명하다. 이런 핵융합 기술이 있다면 화학연료탱크를 없애야 하는데, 그러면 방사선을 막아줄 물질도 없을 것이다. 따라서 과학자들은 우주 방사선을 차폐하기 위한 좀 더 발전된 솔루션을 계속 연구하고 있습니다. 이것은 우주선의 외부 껍질에 일종의 전자기장을 형성하는 방법을 찾는 것입니다. 영화 '스타워즈', '인디펜던스 데이', '아크 원'에 등장하는 '방패' 기술과 유사하다.

그렇다면 전자기장으로 형성된 이 "보호막"이 실제로 우리에게 필요한 보호를 제공할 수 있을까요? 우주 비행사가 안전하게 살아서 지구로 돌아올 수 있도록 보장할 수 있을까요? 이 문제는 다음 글에서 다루겠습니다.

자세한 내용:

"우주비행사가 화성에 도착하는 데는 360일이 걸립니다. 어떻게 그들을 다시 살아나게 할 수 있을까요?" (1부)”

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저자: Doubtful Explorer