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태양 오베르트 기동을 이용한 성간 물체 3I/ATLAS 요격하기 위한 새로운 개념
성간 물체 3I/ATLAS가 우리 태양계에 도착하면서 상당한 과학적 관심을 불러일으켰고, 이를 근접 연구하기 위한 여러 차례의 랑데부 임무 제안이 나왔습니다. 지금까지 탐지된 세 번째 성간 물체(ISO)로서, 직접적인 관측을 통해 얻을 수 있는 잠재적인 과학적 성과는 엄청나며 태양 너머의 천체에 대한 혁명적인 통찰력을 약속합니다. 그러나 성간 혜성을 요격하기 위한 임무 아키텍처를 설계하는 데 내재된 어려움은 상당합니다. 이러한 장애물 중 가장 중요한 것은 기존 화학 로켓에서 지향성 에너지 추진(DEP)과 같은 보다 발전된 개념에 이르기까지 제안된 추진 시스템의 기술 준비 수준(TRL)입니다.
역사적으로 임무 제안은 주로 지구에서 발사되는 화학 로켓에 초점을 맞춰왔습니다. 예로는 NASA의 Janus 임무와 유럽 우주국(ESA)의 Comet Interceptor 임무가 있으며, 또는 Juno 탐사선과 같은 기존 임무의 궤도를 조정하여 이를 활용하는 것입니다. 최근 중요한 발전에서, 성간 연구 이니셔티브(i4is)의 연구원들은 발표된 논문에서 새로운 접근 방식을 제시했습니다. 그들은 즉시 지구에서 출발할 직접적인 전송 임무를 포기할 것을 제안합니다. 대신, 그들의 연구는 2035년에 발사될 임무와 간접적인 태양 오베르트 기동을 사용하여 3I/ATLAS를 요격하는 것의 실현 가능성을 보여줍니다.
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이 연구는 i4is의 우주 공학 소프트웨어 및 연구 엔지니어이자 Hibberd Astronautics Ltd.의 소유주인 Adam Hibberd가 주도했습니다. 그는 Space Initiatives Inc.의 수석 과학자이자 Asteroid Initiatives LLC.의 CEO인 T. Marshall Eubanks와 룩셈부르크 대학교의 항공 우주 공학 부교수이자 Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust의 수석 과학자인 Andreas Hein과 협력했습니다. 그들의 설득력 있는 연구는 저명한 British Interplanetary Society (JBIS) 저널에 게재될 예정입니다.
3I/ATLAS와의 랑데부 임무에 대한 주요 장애물은 대상 물체의 복잡한 천체 역학, 매우 높은 태양 중심 속도, 그리고 상대적으로 늦은 초기 탐지 시간에 뿌리를 두고 있습니다. 궤도 역학은 혜성의 속도를 맞추기 위해 온보드 추진 시스템에만 의존하는 랑데부 임무를 효과적으로 배제하며, 이는 장기간의 근접 연구에 필요할 것입니다. 결과적으로, 근접 통과 임무는 더 실용적인 대안으로 간주됩니다. 그러나 3I/ATLAS의 높은 속도와 늦은 탐지는 물체가 확인되기 전에 최적의 발사 창이 이미 지났기 때문에 직접적인 근접 통과 임무조차 어렵게 만듭니다.
Hibberd는 Universe Today에 보낸 이메일에서 이러한 어려움에 대해 자세히 설명했습니다. "직접 임무의 경우, 3I/ATLAS 물체는 너무 늦게 탐지되었으며, 이미 목성의 궤도 안쪽으로 60km/s 이상의 속도로 이동했습니다. 알고 보니 이는 직접 요격 임무에 대한 최적의 발사 날짜 이후였습니다. 한 논문에서는 3I/ATLAS가 발견되었을 때 태양/지구 L2 지점에 이미 대기하고 있었다면 'Comet Interceptor' 우주선에도 어려움이 있었을 것이라고 지적했습니다."
바로 여기서 Hibberd의 전문 지식과 그가 개발한 Optimum Interplanetary Trajectory Software (OITS)가 작용합니다. 그는 ISO를 목표로 하는 직접 및 간접 임무의 실현 가능성을 평가하기 위해 설계된 도구인 OITS를 사용했습니다. OITS는 첫 번째 탐지된 ISO인 'Oumuamua를 요격하는 것을 목표로 했던 이전 i4is 연구인 Project Lyra에 대한 연구를 포함하여, 복잡한 임무 궤적을 성공적으로 해결한 검증된 실적을 보유하고 있습니다. Project Lyra 및 OITS 의존 임무의 필수적인 부분은 중력 보조(GA) 및 오베르트 기동의 전략적 사용입니다.
중력 보조는 우주선이 행성이나 달의 중력을 슬링샷으로 사용하여 속도를 높이는 것을 포함합니다. 반대로 오베르트 기동은 태양의 중력 영향 하에 있는 우주선이 태양에 가장 가까운 접근(근일점)에 도달할 때까지 기다렸다가, 높은 태양 중심 속도에 도달하기 위해 추력을 적용하는 것을 포함합니다. 이 추진은 우주선이 태양계를 탈출하는 속도를 달성하거나, 그때까지 이미 엄청난 거리를 이동한 ISO와 만날 수 있는 속도를 제공할 수 있습니다.
Hibberd는 태양 오베르트 전략을 다음과 같이 설명했습니다. "태양 오베르트 옵션은 성간 물체가 근일점을 통과하여 태양에서 빠르게 멀어지고 있을 때를 위해 설계되었습니다. 이 옵션은 우주선이 그러한 물체를 잡기 위해 엄청난 속도를 생성해야 한다는 사실을 인정하고, 이 속도를 생성하기 위해 소위 '오베르트 효과'를 활용합니다. 우주선이 태양에 접근함에 따라, 태양의 중력은 근일점에 도달할 때까지 속도를 증가시킵니다. 그런 다음 우주선은 이 최적의 지점에서 엔진을 점화하여 '슬링샷 효과'를 극대화하고 탐사선을 표적 물체, 이 경우 3I/ATLAS까지 신속하게 가속합니다."
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OITS를 사용한 시뮬레이션은 태양 오베르트 기동을 통해 3I/ATLAS를 요격하는 것이 가능하다는 것을 확인했습니다. 그러나 시뮬레이션은 특정 발사 창을 결정했습니다: 2035년. 이 해는 지구, 목성, 3I/ATLAS 간의 필요한 정렬을 달성하고, 추진 요구 사항, 발사체 성능 요구 사항 및 표적까지의 비행 시간을 최소화하는 데 최적이라고 확인되었습니다. 예상 비행 시간은 약 50년이며, Hibberd는 약간의 감소 가능성이 있다고 언급합니다.
50년의 여정은 길어 보일 수 있지만, 과학적 성과는 혁명적이라고 여겨집니다. 성간 물체는 다른 항성계의 행성계 형성에 남은 잔해입니다. 그것들을 연구하는 것은 이러한 먼 별들로 여행하는 데 드는 막대한 시간과 비용 없이 외계 행성의 보육원을 이해할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다. 지향성 에너지 추진이 미래 성간 임무를 위해 탐구되고 있지만, 현재 TRL은 실질적인 적용까지 수십 년이 걸릴 것으로 예상됩니다. 그동안 현재 기술과 태양 오베르트 기동에 의존하는 임무는 비슷한 시간 범위 내에서 유사한 과학적 목표를 달성할 수 있습니다. 이러한 요격 임무는 직접적인 성간 여행이 먼 전망으로 남아 있더라도, 우리 자신의 것을 넘어선 행성계에 대한 귀중한 데이터를 제공할 수 있습니다.
