항성계 겨냥한 초경량 우주선 위한 종이보다 얇은 돛

브레이크스루 스타샷(Breakthrough Starshot)은 태양계에서 4.3광년 그러니까 40조km 거리에 위치한 가장 가까운 항성계인 알파센타우리에 초소형 우주선을 보내는 프로젝트다. 2016년 시동을 걸었지만 아직 실현에 이르지 못했지만 이번에 새로운 돛 콘셉트가 완성됐다고 한다.

간단히 말하자면 이 프로젝트는 크기가 수mm, 무게는 수g 정도인 탐사기에 3m 돛을 설치하고 돛에 레이저 광선을 계속 조사해 탐사기를 가속시켜 알파센터우리에 도달시킨다는 것이다.

레이저 조사에 의해 탐사기는 광속 20%까지 가속하고 일반 로켓이라면 수만 년이 걸리는 곳을 불과 20년 만에 도착할 수 있다는 것이다. 물리학자 스티븐 호킹 등이 시작한 이 프로젝트에는 마크 주커버그와 투자자 유리 밀너 등이 기부를 해 실현을 향해 차분히 준비가 진행되고 있다.

하지만 이 프로젝트에는 다양한 과제가 존재한다. 하나는 레이조 조사를 돛에 맞추는 게 곤란하다는 것. 총량 1GW에 이르는 레이저 조사를 불과 3m 돛에 맞추는 건 어려운 일이며 또 지구를 덮는 대기가 오차를 일으켜 가속력을 대폭 저하시킬 가능성이 있다고 생각되고 있다.

이에 관해선 2021년 인공위성을 사용해 레이저를 보정하는 아이디어가 제안됐다. 이 아이디어는 인공위성에서 지상을 향해 레이저를 발사해 대기에 의해 발생하는 오차를 측정하고 이후 본격적인 조사를 실시한다는 것이다. 아이디어가 실현되는지 확인하기 위해 실험실 수준에서 테스트를 수행하는 계획이 수립됐다.

또 다른 과제는 대출력 레이저 조사에 견딜 돛이 필요하다는 것이다. 만일 레이저 조사가 잘 되어도 이를 받을 돛이 녹거나 찢어져 버려선 가속력을 얻을 수 없다. 이 때문에 레이저 조사에 견디는 내구력이 높은 돛 개발이 진행되고 있었다.

이번에 펜실베이니아대학 이고르 발가틴이 새로운 모양을 한 돛 콘셉트를 완성했다고 발표했다. 콘셉트 디자인은 산화알루미늄과 이황화몰리브덴으로 되어 있어 종이 1장보다 1,000분의 1 얇게 해 완성한다고 한다. 연구자는 얇은 돛은 파도가 치기 쉽다는 게 특징이라면서 이를 위한 만곡된 구조로 완성했다고 밝히고 있다.

또 레이저 조사에 의해 돛이 가열되어 녹아 버리는 걸 방지하기 위해 일정 간격으로 구멍이 빈 구조로 되어 있다는 것. 이에 의해 돛 열방사가 최적으로 이뤄져 레이저 조사를 최대한으로 실시할 수 있다는 것이다. 이 디자인은 현재 준비할 수 있는 재료를 기반으로 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.