수백 년 동안 인간은 우주의 신비를 탐구하는 데 전념해 왔습니다. 그러나 성간 항해를 달성하기 위해서는 우주선의 전력 요구 사항이 더욱 엄격해질 것입니다. 수십 광년 떨어진 별을 여행하려면 많은 양의 연료를 운반해야 하지만, 그렇게 하면 우주선이 너무 무거워집니다.
연료를 가지고 다니는데 장애물이 많은데, 연료를 포기하고 가볍게 여행할 수 있을까요? 이제 거대한 반사 돛에 우주선을 부착하고 강력한 레이저로 빛을 발하는 옵션이 있습니다. 광자의 운동량은 우주선을 빛의 속도의 일부로 밀어냅니다. 빔을 타고 가벼운 항해 임무를 수행하면 수십 년 내에 프록시마 센타우리(프록시마 센타우리는 태양 다음으로 지구에 가장 가까운 별이며 우리로부터 약 4.2광년 떨어져 있음)에 도달할 수 있습니다.
가벼운 돛이란 무엇입니까? 태양 돛 또는 광자 돛으로도 알려진 가벼운 돛은 햇빛의 가벼운 압력을 추진력으로 사용하는 우주선 추진 시스템입니다. 라이트세일은 태양광 발전으로 생성된 전력이 아닌 햇빛의 가벼운 압력을 사용합니다.
라이트세일은 사람 머리카락의 10분의 1에 불과한 두께의 거대박막렌즈다. 이는 발견시대의 돛으로 이해될 수 있다. 가벼운 돛은 햇빛을 받아 빛의 압력을 발생시켜 우주선을 밀어서 이동하고 가속시킵니다. 햇빛의 복사압이 매우 작기 때문에 가벼운 돛은 긴 가속 과정을 거쳐야 하지만, 햇빛이나 다른 별빛이 있는 곳이라면 어디든 사용할 수 있어 이론적으로는 장기적인 성간 여행이 가능하다는 장점이 있다.
그러나 충분히 크고 가벼운 경량 돛을 만드는 문제와 이를 앞으로 항해하는 방법은 여전히 해결되지 않은 과제입니다. 현재 라이트세일 기술은 아직 이론적인 연구 단계에 있으며, 수십 광년에 걸쳐 가장 작은 문제라도 해결하기 어려울 수 있기 때문에 엔지니어링 과제가 엄청납니다.
레이저 구동 라이트 세일의 안정성과 관련하여 최근 논문에서는 레이저 빔에서 라이트 세일의 균형을 맞추는 방법에 대해 논의했습니다. 레이저는 별이나 수십 년 후 별의 위치를 직접 가리킬 수 있지만, 가벼운 돛은 완벽하게 균형을 이룬 경우에만 광선을 따라갈 수 있습니다. 라이트 세일이 빔에 비해 약간 기울어지면 반사된 레이저 빛이 라이트 세일을 측면으로 약간 밀어냅니다. 이 편차가 아무리 작더라도 시간이 지남에 따라 증가하여 가벼운 돛의 궤적이 목표에서 지속적으로 벗어나게 됩니다. 가벼운 돛을 완벽하게 정렬할 수는 없으므로 작은 편차를 수정하는 방법이 필요합니다.
기존 로켓은 기본적으로 내부 자이로스코프를 사용하여 로켓을 안정화하고 엔진을 사용하여 추력을 동적으로 조정하여 균형을 회복합니다. 그러나 자이로스코프 시스템은 성간 가벼운 돛을 달기에는 너무 부피가 크고, 빔을 조정하면 가벼운 돛에 도달하는 데 몇 달 또는 몇 년이 걸리기 때문에 빠른 변경이 불가능합니다. 그러나 논문에서는 포인팅(Poynting)이라는 방사선 트릭을 사용할 것을 제안합니다. -로버슨 효과.
포인팅-로버슨 효과는 태양복사와 상호작용하여 행성간 공간의 입자가 태양을 향해 끌려가고 태양 주위를 움직이는 현상을 말합니다. 입자에 의한 방사선의 흡수와 방출에 의해 발생하므로 먼지 입자가 나선형 궤도를 따라 천천히 태양에 떨어지게 하는 광압 효과라고도 합니다. 이 효과의 강도는 태양 주위 먼지의 선형 속도와 태양 복사 강도에 비례합니다.
그렇다면 포인팅-로버슨 효과를 어떻게 사용하여 가벼운 돛 탐지기를 코스에 유지합니까? 빔이 단순한 단색 평면파(실제 레이저는 더 복잡함)라고 가정함으로써 저자는 간단한 2개의 돛 시스템이 상대 운동 효과를 사용하여 선박의 균형을 유지할 수 있는 방법을 보여줍니다. 돛이 코스를 약간 벗어나면 빔의 복원력이 이를 상쇄합니다. 이는 해당 개념이 실현 가능하다는 것을 증명합니다. 그러나 시간이 지남에 따라 상대론적 효과도 작용하게 됩니다. 이전 연구에서는 상대 운동의 도플러 효과를 고려했지만, 이번 연구에서는 색수차의 상대론적 버전도 작용한다는 것을 보여줍니다. 실제 설계에서는 다양한 상대론적 효과를 고려해야 하며, 이를 위해서는 복잡한 모델링과 광학 기술이 필요합니다. 따라서 가벼운 돛은 여전히 별에 도달할 수 있는 방법으로 보입니다. 단지 엔지니어링 과제를 과소평가하지 않도록 주의해야 할 뿐입니다.
