여러분은 우주선을 상상할 때
아마 이런 것들을 생각할 것 입니다.
아니면 이런거나
아니면 이런것 이겠지요.
이것들 사이에 무슨 공통점이 있나요?
무엇보다 이것들은 모두 거대하다는 것이지요.
왜냐하면 이것은 사람, 연료, 그리고 다른 저장품과 과학 기기들
그리고 가끔씩은 행성 파괴용 레이저를 실어야 하기 때문이죠.
하지만 다음 세대의 우주선은 아마 훨씬 더 작을 지도 모릅니다.
여러분의 주머니에 쏙 들어갈 만큼이죠.
이런 초소형우주선 무리를 우주로 보낸다고 상상해 보세요.
이들은 먼 별들과 행성들을 탐험하면서
탑재된 정교한 전자 센서를 통해
온도나 우주방사선 같은 것들을 모두 측정 할 수 있을 겁니다.
여러분은 단 한 개의 우주 왕복선 임무의 비용으로
수천대의 초소형 우주선들을 배치시킬 수 있습니다.
덕분에 우주에 대해 얻을 수 있는 정보도 기하급수적으로 증가할 것입니다.
그리고 각각의 우주선들은 소모품이기 때문에
값비싼 로켓이나 탐사선을 보내기에는
좀 부담스러운 곳에도 부담없이 보낼 수 있습니다.
지금도 몇 백 개의 작은 우주선들이 지구를 궤도를 돌고 있습니다.
그들은 우주 밖의 사진을 찍고
지구 대기에 있는 박테리아의 움직임이나
지진을 예측을 위한 자성신호 같은 자료를 수집하고 있습니다.
하지만 우주선들이 만약 지구 궤도를 넘어서 날아갈 수 있다면
우리가 얼마나 더 많은 정보를 알 수 있을지 상상해 보세요.
이게 바로 나사(NASA)같은 기구들이 원하는 것입니다.
초소형우주선을 보내서 생명체가 살 수 있는 다른 행성을 찾고
지구로부터 우리가 배울 수 없는 천문학적 현상들을 설명하는 것이지요.
그러나 작은 우주선은 큰 엔진과 많은 연료를 운반 할 수 없지요
그러면 어떻게 이런 우주선이 스스로 나아갈 수 있을까요?
초소형 우주선에는 초소형 추진장치가 있어야 겠지요.
매우 작은 규모에서는
몇 가지 흔한 물리학적 법칙이 적용되지 않습니다.
특히 모든 뉴턴의 역학은 무너지고
평소에는 사소했던 힘이 강력하게 작용합니다.
그 힘은 다른 이런 작은 규모의 것들에 영향을 주는 현상인
표면장력과 모세관 현상을 포함합니다.
초소형추진시스템은 이러한 힘을 동력으로 사용 할 수 있지요.
이것이 어떻게 작동되는지는
‘미소유체 전기방사 추진력’이라는 예를 통해 볼 수 있습니다.
이것은 이온추진엔진의 한 예로써
충전된 입자를 발사하여 가속도를 붙이는 방법입니다.
나사의 제트 추진 연구소에서 개발 중인 한 모델은
각 측면이 기껏해야 몇 센치밖에 되지 않습니다.
작동원리는 이렇습니다.
초소형의 금속판에는 백여개의 얇은 바늘들이 박혀 있고
인듐같이 낮은 녹는점의 금속으로 덮여있습니다
바늘들 위에는 금속 격자 판이 놓여있고
격자판과 금속 판 사이에는 전기장이 흐릅니다.
금속 판이 열을 받으면 인듐이 녹고
모세관 작용이 녹은 인듐을 바늘 위로 끌어 올립니다.
표면 장력이 이를 다시 아래쪽으로 끌어당기고
전기장은 녹은 인듐을 위쪽으로 끌어당기면
이 인듐이 원뿔 모양으로 변형됩니다.
바늘 끝의 작은 반경은
전기장이 표면장력을 버틸 수 있게하는데
이렇게 되면 양이온이 초당 수십킬로미터의 속도로 발사됩니다.
이러한 이온의 흐름이 우주선을 반대방향으로 나아가게 하지요.
뉴턴의 제 3법칙 때문이죠.
그리고 각각의 이온은 매우 작은 입자이긴 하지만
우주선에서 나오는 수많은 입자들의 합쳐진 힘은
우주선을 추진할만한 엄청난 가속도를 만들어낼 수 있습니다.
그리고 로켓엔진에서 쏟아져 나오는 배기가스와는 달리
이 흐름은 더 작고 연료소비에 있어 훨씬 효율적입니다.
그리고 이것은 더 먼 우주임무에 더 적합하다는 뜻이지요.
이러한 초소형 추진장치는 아직 완전히 검증되지 않았지만
몇몇의 과학자들은 이 장치가 작은 우주선을 지구 궤도 밖으로 보낼
충분한 추진력을 제공할 것이라고 생각합니다.
그들은 앞으로 10년 내에 수천 개의 초소형우주선이 발사되어
현재는 우리가 꿈만 꾸고 있는 자료를 수집해 올 것이라고 믿고있습니다.
그리고 이것이 바로 초소형 로켓 과학입니다.