광추진 기술 안내

20여 년 전에 미국은 스타워즈라는 미사일 방어 시스템을 연구 제작하기 시작했다.이 시스템은 다른 국가가 발사한 미사일을 추적하고 레이저로 격추하는 데 목적을 두고 있다.비록 이 시스템은 전쟁을 위해 설계되었지만, 연구진은 이러한 고성능 레이저가 아직도 많은 다른 용도가 있다는 것을 발견하였다.사실 언젠가는 레이저가 우주선을 궤도와 다른 별로 밀어내는 데 쓰일 것이다.
인류는 현재 우주 비행기를 사용하여 우주로 날아가고 있으며, 우주 비행기는 발사하여 하늘로 올라가려면 몇 톤의 연료를 장착해야 할 뿐만 아니라, 반드시 두 개의 거대한 로켓 보조기를 묶어야 한다.레이저는 엔지니어가 에너지를 탑재할 필요가 없는 경형 우주선을 연구 제작할 수 있다.광선 자체는 엔진을 충당할 수 있고, 연료는 빛-우주에서 가장 풍부한 에너지원이다.
 
광추진기의 기본 원리는 육지 레이저로 공기를 가열하여 폭발시키고 우주선을 추진하는 것이다.만약 효과가 있다면, 광추진기는 화학 로켓 엔진보다 수천 배 가볍고, 효율이 수천 배 높을 뿐만 아니라, 어떠한 오염도 일으키지 않을 것이다.이 박문망 글에서 우리는 이런 선진적인 추진 시스템의 두 가지 버전을 이해할 것이다. 그 중 하나는 5시간 30분이면 우리를 지구에서 달로 데려갈 수 있고, 다른 하나는 우리를 데리고 빛길을 따라 태양계를 여행할 수 있다.
로켓을 추진하는 것은 마치 공상 과학 소설 속의 우주선처럼 들린다. 레이저빔을 타고 우주로 들어가면 소량이나 추진제를 실을 필요가 없을 뿐만 아니라 오염도 없다.인류가 지구상의 일반적인 지면이나 공중 여행에 사용할 수 있는 어떤 설비도 아직 개발하지 못했기 때문에 이것은 불가사의한 것 같다.이 목표를 달성하려면 15-30년이 더 걸릴 수도 있지만 광선을 건조하는 원리는 이미 여러 차례 실험에 성공했다.라이트크래프트 테크놀로지스(Lightcraft Technologies)라는 회사가 론슬러 이공대학(뉴욕 트로이시)에 대한 연구를 계속 개선하고 있다.
광선의 기본 원리는 매우 간단하다. 도토리형 비행기는 거울을 이용하여 입사 레이저빔에 초점을 맞추어 공기를 가열하여 폭발시켜 비행기를 추진한다.이러한 혁신적인 추진 시스템의 기본 구성 요소는 다음과 같습니다.
이산화탄소 레이저-Lightcraft Technologies는 펄스 레이저 손상 테스트 시스템(PLVTS)을 사용하는데 이것은 스타워즈 방어 계획의 산물이다.시험광선은 현재 10킬로와트의 펄스 레이저를 사용하고 있으며, 또한 전 세계에서 출력이 가장 큰 레이저 중의 하나이다.
포물주면경 - 우주선의 밑부분은 거울로 레이저빔을 엔진의 공기 흡입구나 기재 추진제에 초점을 맞출 수 있다.또 망원경으로 보이는 거울은 차급 육지 발사기로 레이저빔을 광선으로 인도하는 데 쓰인다.
흡수실 - 공기를 흡수실에 끌어들여 레이저빔으로 가열하여 팽창시켜 광선을 추진한다.
기재 수소 - 대기가 너무 희박해서 충분한 공기를 제공할 수 없을 때, 소량의 수소 추진제가 로켓 추진력을 제공해야 한다.
광선이 발사되기 전에 압축공기를 분사하는데, 이 공기들은 그것을 약 10000회전/분(rpm)의 속도로 회전시킬 것이다.이런 회전은 팽이식 안정 비행기에 매우 필요하다.미식축구를 예로 들면 더 정확하게 패스하기 위해 쿼터백은 공을 찰 때 회전한다.회전을 이런 극히 가벼운 비행기에 가하면 더욱 안정적으로 공기를 통과할 수 있다.
광선이 최적 속도로 회전하면 레이저가 열려 광선을 공중으로 밀어낸다.10킬로와트 레이저가 펄스를 발사하는 주파수는 25-28회/초이다.펄스 발사를 통해 레이저는 계속 위로 비행기를 움직일 것이다.광속은 비행기 밑부분의 포물주면경에 초점을 맞추고 공기를 9982-29982℃로 가열하여 태양 표면의 온도보다 몇 배나 높다.공기는 고온에서 플라스마 상태로 전환된 후 플라스마가 폭발하여 위로 비행기를 밀어 올린다.
Lightcraft Technologies사는 FINDS의 협찬을 받아 뉴멕시코의 백사 미사일 시험장에서 소형 광선 견본기 한 대를 몇 차례 시험했다.2000년 10월에 지름 12.2센티미터, 무게 50그램에 불과한 소형 광선은 71미터의 높이에 이르렀다.Lightcraft Technologies는 2001년에 이 광선 견본기를 150여 미터 높이로 보낼 수 있기를 희망한다.1킬로그램의 위성을 저지구 궤도에 보내려면 1조 와트의 레이저가 필요하다.비록 이 모델은 비행기 알루미늄으로 만들어졌지만, 최종 표준 광선은 탄화규소로 만들어질 수 있다.
이런 레이저 광선도 거울을 사용하여 광선에 설치하여 비행선 전방의 광속 에너지를 투사할 수 있다.레이저빔이 내는 열량은 공기못을 형성하여 비행선 주위의 공기를 회전시켜 저항력을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 광선이 흡수하는 열량도 줄일 수 있다.
광선에 또 다른 추진 시스템을 활용하는 것이 미파와 관련이 있다는 의견이 나오고 있다.마이크로파 에너지는 레이저 에너지보다 싸고 높은 동력으로 업그레이드되기 쉬우나 직경이 더 큰 비행선이 필요하다.이런 추진기를 위해 설계된 광선은 비행접시처럼 보인다.레이저 추진 광선에 비해 이런 기술을 개발하는 데는 더 오랜 시간이 걸리지만 우리를 외행성으로 데려갈 수 있다.개발자들은 또 수천 대의 이런 광선을 건조해 궤도발전소가 동력을 제공하고 전통적인 비행기를 대체할 계획이다.
전자파 동력 광선은 비행선 이외의 에너지를 이용하기도 한다.레이저 동력 추진 시스템을 사용할 때 에너지는 지면에 위치한다.반면 마이크로파 추진 시스템은 반대다.마이크로파 추진 우주선은 궤도 태양열 발전소에서 아래로 전송되는 동력에 의존할 것이다.에너지는 광선에서 밀어내지 않고 가까이 당긴다.
전자파 광선을 비행시키려면 과학자들은 먼저 궤도에 직경 1킬로미터의 태양열 발전소를 설치해야 한다.광선 연구를 이끄는 Leik Myrabo는 이런 발전소가 20킬로와트에 달하는 동력을 생산할 수 있다고 생각한다.이 발전소는 지구 상공 500킬로미터의 궤도를 따라 운행하며 지름 20미터, 12명의 광선을 탑재할 수 있는 마이크로파 에너지를 발송한다.비행기 꼭대기에는 수백만 개의 작은 안테나가 덮여 있어 미파를 전류로 전환할 수 있다.두 개의 궤도만 있으면 발전소는 1800메가바이트의 코크스 에너지를 모아 광선에 4.3메가바이트의 동력을 전송하여 궤도에 진입할 수 있다.
이 마이크로파 광선은 두 개의 강력한 자석과 세 종류의 추진 엔진을 갖추고 있다.광선이 이륙할 때 꼭대기에 덮인 태양전지를 이용하여 전류를 발생시킨다.전류는 공기를 이온화한 후에 비행기를 움직일 것이다.일단 이륙하면 마이크로웨이브선은 내부 반사기로 주위의 공기를 가열하고 장벽을 통과한다.
일정 고도로 올라간 후, 광선은 즉시 한쪽으로 기울어져 초음속을 얻는다.그리고 반의 마이크로파 동력은 광선 전방에서 반사되어 공기를 가열하고 공기못을 형성하여 비행선이 25배의 음속으로 공기를 통과하여 궤도로 날아오르게 한다.그 비행기의 최고 속도는 대략 음속의 50배이다.다른 반쪽 마이크로파 동력은 비행기의 수신 안테나에서 전류로 바뀌어 두 개의 전자 엔진에 전기를 공급하는 데 쓰인다.그리고 두 엔진은 활류(즉 비행기 주위에서 흐르는 공기)를 가속화시킨다.활류를 가속화시키면 비행기는 모든 진동을 상쇄하고 광선을 소리 없이 초음속으로 비행하게 할 수 있다.