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일본, 달 착륙 도전...'핀포인트 착륙' 성공할까?
- 일본의 달 탐사선 '슬림(SLIM, 달 탐사 스마트 랜더)'이 최초의 달 착륙을 불과 8시간 앞두고 있다. 19일 일본 매체 니케이 보도에 따르면, 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 소형 탐사선 '슬림'은 20일 오전 0시 무렵 달에 착륙 강하를 시작할 예정이다. 이 탐사선은 목표 지점에 대한 오차범위를 100미터 이내로 줄이는 정확한 '핀포인트 착륙'을 목표로 하고 있다. 슬림은 2023년 9월 7일 일본의 대형 로켓 'H2A'를 통해 다네가시마 우주센터에서 발사되었으며, 이후 약 38만km 떨어진 달로의 여정을 시작했다.이후 작년 10월 지구 궤도를 벗어나 달로 향하기 시작했고, 작년 12월 25일 달 궤도에 진입했다. 이번 착륙 시도가 성공한다면 일본 달 탐사선으로는 첫 착륙으로, 일본의 달 탐사 역량 강화에 크게 기여할 것으로 기대된다. 이 로켓은 600km의 계획된 고도에 근접하고 있으며, 1월 19일 오후 10시 40분에는 약 15km까지 낮춰 최종 준비 단계에 들어간다. 달 착륙은 20일 오전 0시 20분로 예정되어 있다. 20일 오전 0시 현재 슬림은 시속 약 6400km로 제트기보다 몇 배 빠른 속도로 항행할 예정이다. 엔진의 역분사로 속도를 줄여 20분 후 착륙 목표 지점인 약 800km 떨어진 곳으로 항행한다. 일본 지역으로 비유하면 히로시마현 상공에서 감속을 시작해 도쿄돔 지붕에 딱 떨어지는 정확도가 요구된다. 착륙 마지막 단계의 이 과정은 매우 정밀하며, JAXA 기술진은 이를 '마의 20분'이라고 부른다. 이 시간 동안 슬림은 자동으로 항행하여 목표 지점에 도달하게 된다. 고정밀 착륙을 위해서는 지상에서 판단하는 것만으로는 제어를 따라잡을 수 없기 때문이다. 일본이 2007년 발사한 달 궤도 위성 '카구야'가 제공한 달 표면의 고정밀 지도가 슬림 착륙에 도움이 되는 것으로 알려졌다. 슬림은 지도와 카메라로 촬영한 달 표면 이미지를 대조해 자신의 세부 위치를 파악하고 자세와 속도를 조정한다. 목표 지점 바로 위에서는 기체 자세를 수직으로 가깝게 하고, 도중에 장애물인 암석 등이 있으면 수평으로 움직여 회피할 수 있다. 착륙 직전, JAXA는 세계적으로 드문 두 대의 소형 로봇 '레브1'과 '레브2'(통칭 SORA-Q=소라큐)를 발사할 예정이다. 스프링이 장착된 '레브1'은 중앙대, 도쿄농공대와 공동 개발한 약 2kg 무게의 로봇으로, 달 표면에 착륙한 후 반동을 이용해 튀어 오르며 이동한다. '레브2'는 다카라토미와 공동 개발한 야구공 크기의 로봇으로, 중앙에 카메라를 장착하고 바퀴가 달린 외피로 주행한다. 이 로봇들은 슬림과 달 표면의 영상을 촬영하여 데이터 중계 역할을 하는 '레브1'을 통해 지상으로 전송한다. 이들 로봇의 기술은 향후 달 지하 탐사나 경사진 지형 탐사에 유용하게 활용될 수 있다. 레브1에서 쌓은 기술을 활용하면 향후 달 지하에 있는 동굴로 방출해 뛰어다니며 탐사할 수 있다. 레브2의 기술은 가파른 경사가 있는 달 분화구를 오르내리는 등 일반 탐사 차량이 진입하기 어려운 곳을 탐사하는 데 도움이 될 수 있다. 두 로봇이 이번에 계획대로 움직일 수 있을지 주목된다. 슬림, 달 지면에 비스듬히 착륙 슬림의 착륙 방식은 독특하다. 전통적인 수직 착륙 방식이 아닌, 스스로 쓰러지면서 착륙하는 방법을 채택하고 있다. 이 방식은 험준한 절벽이나 경사면에서도 안전한 착륙을 가능하게 한다. 착륙 지점은 '시오리'라 불리는 분화구 근처로, 여기서 탐사선은 적외선 카메라를 사용해 달의 맨틀 성분을 관측하며 지구와의 차이점을 연구할 계획이다. 달이 탄생한 기원과 달과 지구와의 관계에 대한 데이터를 확보하는 것이 목표다. 이번 임무가 성공한다면 일본은 달 탐사 경쟁에 중요한 이정표를 세우게 된다. 과거 냉전 시대에 미국과 소련이 주도했던 달 탐사는 이제 전 세계적인 경쟁으로 확대되고 있다. 미국은 아폴로 프로그램을 통해 여러 차례 유인 달 착륙을 성공적으로 수행했다. 최초의 달 탐사 성공 국가인 미국은 무인 탐사선을 여러 차례 달에 착륙시켰다. 러시아는 작년 8월 달 탐사선을 쏘아올렸으나 착륙에 실패했다. 러시아는 1976년 달 탐사선인 루나 24 이후 47년 동안 어떤 우주선도 달 궤도에 재진입하지 못했다. 현재 달 탐사 분야를 주도하는 중국은 2013년 미국과 소련에 이어 세 번째로 달 착륙에 성공한 국가로, 지금까지 3회의 연속 착륙 성공을 기록했다. 중국은 창어 프로그램을 통해 무인 탐사선을 달에 착륙시켰으며, 유인 달 착륙을 계획하고 있다. 인도는 무인 탐사선 '찬드라얀' 프로그램을 통해 달 탐사를 시도하하고 있다. 작년 8월 달 탐사선 찬드라얀 3호가 달 남극에 무사히 착륙했다. 중국에 대항하기 위해 미국은 현재 아폴로 계획 이후 유인 달 착륙을 목표로 하는 '아르테미스 계획'을 세웠고, 일본도 참여한다. 미국과 중국은 달에서 채굴한 물과 광물 등 자원을 활용해 거주 가능한 달 기지 건설을 구상하고 있다. 한편, JAXA는 20일 새벽 슬림의 달 착륙 결과를 판단해 발표할 예정이다. 성공하면 약 1~2주 후 카메라와 로봇으로 촬영한 달의 이미지를 공개한다. 핀포인트 착륙의 성패를 알 수 있는 것은 약 한 달 후가 될 전망이다.
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일본, 달 착륙 도전...'핀포인트 착륙' 성공할까?
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합금의 한계를 뛰어넘는 레이저 제작 금속
- 미국 에너지부(DOE)의 오크리지 국립 연구소(ORNL) 연구팀은 레이저 기반 적층 제조(AM)를 사용하여 더 강하고 파손 가능성이 적은 고엔트로피 합금을 개발했다. 적층 제조는 금속 분말을 레이저나 열 등으로 녹여서 원하는 모양의 구조물을 만드는 공정으로, 3D 프린팅이라고도 한다. 미국의 과학기술 전문 매체인 사이테크데일리(SciTechDaily)에 따르면 연구원들은 다섯 가지 이상의 원소를 일정 비율로 혼합하여 고엔트로피 합금(HEA)이라는 내구성 있는 합금을 개발했다. 고엔트로피 합금은 심각한 마모 저항성, 극한의 온도와 방사선, 높은 응력을 견딜 수 있는 특성으로 인해 다양한 산업 분야의 사용이 기대된다. 그러나 기존의 3D 프린팅으로 만든 고엔트로피 합금은 강도는 높지만 연성이 부족해 성형하기 어렵고 하중이 가해질 때 쉽게 파손될 수 있다는 단점이 있다. 이는 합금의 응용 범위를 제한하는 문제점 중 하나다. 새로운 고엔트로피 합금의 특징 연구팀은 레이저 기반 적층 제조 공정을 활용하여 나노미터 두께의 나노 라멜라 구조를 가진 새로운 고엔트로피 합금을 개발했다. 이 나노 라멜라는 서로 다른 결정 구조를 가지고 있어 고강도를 제공한다. 또한, 이 판들의 명확한 가장자리는 일정 정도의 어느 정도의 미끄러짐을 허용하여 합금에 연성을 제공한다. 이것은 나노 라멜라가 여러 층으로 쌓인 판 구조와 유사하다는 것을 의미한다. 이러한 층과 층 사이에는 서로 다른 원소들이 포함되어 있다. 이 구조 덕분에 각 층이 서러 잘 붙어 강도가 높아지고, 판의 가장자리가 미끄러짐을 통해 연성이 향상되는 것이다. 새로운 고엔트로피 합금의 성능 새로운 고엔트로피 합금은 기존의 3D 프린팅 고엔트로피 합금에 비해 강도가 1.3배, 연성이 2배 이상 향상됐다. 이는 고엔트로피 합금의 한계를 극복하여 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 높일 것으로 기대된다. 연구팀은 오크리지 국립 연구소에 있는 파쇄 중성자 소스(Spallation Neutron Source)와 고급 광자 소스(Advanced Photon Source)를 활용하여 나노 라멜라의 구조와 특성을 분석했다. 파쇄 중성자 소스는 핵분열을 통해 생성된 중성자를 이용하여 물질의 내부 구조를 연구하는 장비이다. 반면, 고급 광자 소스는 고에너지의 광자를 사용하여 물질의 구조와 특성을 조사하는 장비다. 연구팀은 이러한 장비를 사용해 나노 라멜라의 두께와 결정 구조를 측정하고, 나노 라멜라가 합금의 강도와 연성에 미치는 영향을 연구했다. 연구 결과 나노 라멜라의 두께가 100나노미터(nm) 미만인 경우 강도가 가장 높고, 나노 라멜라의 결정 구조가 서로 다른 경우 연성이 가장 높다는 것을 발견했다. 고엔트로피 합금 응용 분야 연구팀은 이번 연구를 통해 레이저 기반 AM을 사용하여 고엔트로피 합금의 강도와 연성을 동시에 향상시킬 수 있다는 것을 보여주었다. 이는 고엔트로피 합금의 한계를 극복하여 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 높일 것으로 기대된다. 예를 들어, 새로운 고엔트로피 합금은 더 안전하고 연료 효율적인 차량, 더 강력하고 더 오래 지속되는 기계를 생산하는 데 사용될 수 있다. 새로운 고엔트로피 합금은 △더 가볍고 강한 항공기 및 우주선 제작, △더 안전하고 연료 효율적인 자동차 제작, △더 내구성이 뛰어난 풍력 터빈 및 태양광 패널 제작, △더 강하고 내식성이 뛰어난 의료 기기 제작 등에서 활용될 수 있다.
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합금의 한계를 뛰어넘는 레이저 제작 금속
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NASA, 아르테미스 달 탐사선에 이름 보내기 이벤트 시작
- 미국 항공우주국(NASA·나사)은 바이퍼(VIPER: Volatiles Investigating Polar Exploration Rover)라는 첫 번째 로봇 달 탐사선을 이용하여 사람들의 이름을 달 표면에 전송할 기회를 제공하고 있다. 나사에 따르면 이 탐사선의 주요 임무는 달 남극 지역에서 물의 존재와 그 비밀을 탐구하는 것이며, 이는 나사의 아르테미스 프로그램의 일환으로 진행된다. 이 프로그램은 최초로 여성과 유색 인종을 달에 착륙시키는 것을 목표로 하고 있다. 나사는 '바이퍼에 이름 보내기' 캠페인을 통해 2024년 3월 15일 동부 표준시 오후 11시 59분까지 이름을 접수받고, 수집된 이름들을 탐사선에 실어 달에 보낼 예정이다. 이 캠페인의 웹사이트에서 참가자들은 가상의 기념품인 바이퍼 임무 탑승권을 만들어 자신의 이름을 기념할 수 있으며, 이를 다운로드할 수도 있다. 참가자들은 소셜 미디어에서 '#SendYourName(#이름보내기)' 해시태그를 사용하여 소셩 미디어 참여 공유를 권장하고 있다. 나사 과학임무국의 니콜라 폭스(Nicola Fox) 관리자는 바이퍼 임무의 중요성을 강조하며, "바이퍼를 통해 우리는 인류가 이전에 가보지 않은 달 표면의 일부를 탐험하고 연구할 것이다. 이 캠페인을 통해 전 세계가 위험하지만 보람 있는 이 여정에 동참하게 된다"라고 말했다. 그는 또한 "바이퍼가 달 남극의 까다로운 지형을 탐색하고, 달의 역사와 아르테미스 우주 비행사를 위한 환경에 대한 이해를 높이는 중요한 데이터를 수집할 때, 우리의 이름이 함께할 것이라고 상상해보자"라고 덧붙였다. 이 캠페인은 나사의 여러 프로젝트와 유사하다. 아르테미스 1, 여러 마스(화성) 미션, 그리고 유로파 클리퍼 임무와 같은 이전 프로젝트들에서 수천만 명의 사람들이 자신의 이름을 우주선에 실어 보냈다. 이는 태양계와 그 너머를 탐험하는 우주선에 영감을 주는 메시지를 전달하는 나사의 오랜 전통에서 비롯된 것이다. 캘리포니아의 실리콘 밸리에 위치한 나사 에임스 연구 센터의 바이퍼 프로젝트 관리자인 다니엘 엔드류는 바이퍼의 중요성을 강조하며, "바이퍼는 게임 체인저다. 이 임무는 달에서 장기적인 인간 거주를 지원하기 위해, 달 자원이 어디에서 수확될 수 있는지에 대한 우리의 이해를 넓히는 첫 번째 단계다"라고 말했다. 2024년 말, 아스트로보틱 테크놀로지스의 그리핀 미션 원을 통해 플로리다 케이프 커내버럴의 우주군 기지에서 스페이스 엑스의 팰콘 헤비 로켓을 타고 발사된 후, 바이퍼는 달 표면으로 전달될 예정이다. 도착한 후, 바이퍼는 태양 전지판과 배터리를 사용하여 극한의 온도와 까다로운 조명 조건에서 약 100일 동안 생존하며 임무를 수행할 예정이다. 이 기간 동안, 바이퍼는 달 얼음의 특성, 농도 및 기타 잠재적 자원에 대한 데이터를 수집하도록 설계된 과학 장비에 전원을 공급한다. 나사의 바이퍼 임무는 아르테미스 프로그램에 의해 주도되는 상업적 달 탐사 서비스(CLP: Commercial Lunar Payload Services) 이니셔티브의 일부다. 이 프로그램을 통해 나사는 달 남극 근처의 인간 탐사를 지원할 뿐만 아니라, 최초의 화성 우주 비행사를 준비하는 데 필요한 달 탐사 임무의 기간을 설정할 것이다. 탐사 로봇은 탐사 과학 전략 통합 사무소에서 실행되며, 나사 본사의 과학 미션국이 관리하는 달 발견 및 탐험 프로그램(LDEP: Lunar Discovery and Exposition Program)의 일부다. 나사 에임스는 임무 관리 외에도 과학, 시스템 엔지니어링, 실시간 탐사 로봇 표면 작업 및 비행 소프트웨어 개발을 주도한다. 탐사 로봇 하드웨어는 나사의 휴스턴 존슨 우주 센터, 플로리다의 케네디 우주 센터, 그리고 캘리포니아 알타데나에 위치한 상업 파트너인 꿀벌 로보틱스(Bee Robotics)가 제공하며 설계 및 제작에 참여했다.
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NASA, 아르테미스 달 탐사선에 이름 보내기 이벤트 시작
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태양 플레어, 6년 만에 X급 폭발
- 2024년 새해 전날 태양의 플레어 폭발(빛나는 점)로 지구 전력망이 일시적으로 방해받을 수 있다. 사진=NOAA 홈페이지 2024년 새해 전날 발생한 태양의 강력한 에너지 폭발은 2017년 이후 관측된 것 중 가장 큰 태양 플레어를 생성했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)은 이러한 태양 플레어의 분출이 심각해 보일 수 있지만, 두려워할 것은 없다고 밝혔다. 미국 매체 USA투데이는 NOAA의 우주 기상 예측 센터(Space Weather Prediction Center)가 최근 태양 표면에 빛나는 점으로 나타난 플레어의 이미지를 공개했다고 최근 보도했다. 문제는 이 플레이어가 고주파 무선 신호를 일시적으로 방해해 지구 전력망에 영향을 미칠 위험이 있다는 지적이다. 나사(NASA)의 태양 역학 관측소(Solar Dynamics Observatory) 또한 거대한 태양 플레어의 이미지를 포착했다. 나사는 플레어가 방출하는 열과 자외선을 극도의 강도를 강조하기 위해 노란색과 주황색으로 채색했다. 우리 태양계의 가장 큰 폭발 사건으로 간주되는 태양 플레어는 흑점과 관련된 자기 에너지가 방출되어 강렬한 방사선 폭발을 일으킬 때 발생한다. 태양 플레어는 강도에 따라 다양하며, 단 몇 분에서 몇 시간까지 지속될 수 있다. 나사는 이러한 강도에 기반해 태양 플레어를 분류하며, B급은 가장 약한 수준이고 최근에 감지된 X급은 가장 강력한 수준이다. 비교적 약한 태양 플레어는 우리 지구에서는 눈에 띄지 않지만, X등급으로 분류되는강력한 에너지를 지닌 플레어는 무선 통신, 전력망, 그리고 항법 신호에 양향을 미칠 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 나사에 따르면 X45급 태양 플레어는 극단적인 경우, 우주선과 우주 비행사에게 심각한 위험을 초래할 수도 있다고 한다. 태양 플레어의 강도를 나타내는 'X-5급'과 같은 분류에서, 각 문자는 에너지 출력이 10배 증가함을 나타낸다. 각 등급에는 1부터 9까지의 서브 등급이 포함된다. 하지만 X 등급에서는 X-1 등급의 출력보다 10배 이상 높은 강도를 나타내는 예외적인 경우도 기록된다. 나사에 따르면 가장 강력한 태양 플레어는 지난 2003년에 발생했으며, 이때 측정 센서는 과부하 상태에 이르렀다. 이 플레어는 나중에 X-45급 정도로 추정됐다. 이는 위성에 손상을 줄 뿐만아니라 심지어 극 지방을 비행하는 항공사 승무원에게 소량의 방사선을 노출시키고, 장기간 지속되는 방사선 폭풍을 생성할 수 있는 충분한 강도를 가졌다. X급 플레어는 또한 전 세계적으로 무선 전송 문제를 일으키고, 심지어는 대규모 정전을 초래할 가능성이 있다고 나사는 설명했다. 다행히도 최근에 발생한 태양 플레어는 2003년에 발생한 플레어 강도에는 미치지 못했다. NOAA에 따르면 X-5 등급으로 평가된 이번 태양 플레어는 X 8.2 플레어가 발생한 2017년 9월 10일 이후 관측된 것 중 가장 강력했다. 이 기관은 또한 2023년 12월 14일 남미에서 무선 정전을 초래한 X-2.8 등급의 태양 플레어를 생성한 동일한 태양 지역과 연관 지었다. 태양 플레어와 태양 폭풍과 같은 기타 태양 활동은 태양이 약 11년 주기로 발생하는 태양 최대치에 도달함에 따라 2025년에 더욱 빈번해 질 것으로 예상된다. 태양 플레어 활동이 증가함에 따라 장기간 인터넷 중단이 발생할 경우, 이는 잠재적으로 '인터넷 종말'에 대한 우려를 낳을 수 있다.
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태양 플레어, 6년 만에 X급 폭발
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나사 주노 탐사선, 목성 위성 '이오' 초근접 비행…화산 활동 원인·패턴 규명 기대
- 미국 항공우주국(NASA·나사)의 주노 우주선이 목성의 위성 이오(Io)에 대한 대담한 초근접 비행을 통해 화산 활동의 원인과 패턴을 탐구할 수 있는 새로운 기회의 문을 열었다고 과학 기술 전문 매체 퓨처리즘이 지난 7일(현지시간) 보도했다. 나사에 따르면 주노 우주선은 지난주 태양계에서 가장 활발한 화산 활동을 보이는 이오에 20년 만에 가장 근접한 비행을 실시했다. 이 과정에서 주노는 이오의 변화무쌍한 표면과 화산 활동의 새로운 이미지를 포착했다. 주노 우주선은 지구 저궤도를 벗어나 이오의 표면에서 약 930마일(약 1497미터) 이내까지 접근했을 가능성이 높은 것으로 알려졌다. 나사는 이번의 드문 초근접 비행을 통해 주노 우주선의 장비가 아주 풍부한 데이터를 축적했을 것으로 기대하고 있다. 주노, 이오 위성 20년 만에 초근접 촬영 이미 주노가 포착한 사진들은 이오의 화산 활동의 실체를 드러내는 데 큰 도움이 될 것으로 보인다. 이 사진들에는 유황으로 덮인 평원과 드문드문 솟아 있는 이오의 산들이 선명하게 포착됐다. 이는 갈릴레이 위성의 노란색과 갈색 색조에 대한 이해를 높이는 데 기여할 것이다. 또한, 목성에서 반사된 햇빛 덕분에 달의 어두운 면도 관찰될 수 있었다. 이번 근접 비행은 태양계 탐사에서 중요한 이정표가 될 것으로 기대된다. 사우스웨스트 연구소의 물리학자이자 주노 탐사선의 수석 연구원인 스콧 볼튼은 최근 뉴욕 타임스와의 인터뷰에서 이오 표면의 다양한 지형을 페퍼로니 피자에 비유하며 "경외감을 느꼈다"고 말했다. 이오, 뜨거운 용암 분출 위성 태양계에서 화산 활동이 가장 활발한 목성의 위성중 하나인 이오는 뜨거운 온도로 유명하다. 천문학자들은 이오의 지각 아래에 마그마의 바다가 존재한다고 믿고 있으며, 주노의 데이터를 통해 이를 확인할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이오의 열은 거대한 조석력에 의해 더욱 증폭되는 것으로 알려져 있다. 이오가 목성과 다른 위성들 사이의 중력적 힘겨루기의 중심에 위치해 마그마를 뒤흔들고, '조석 가열'이라는 현상을 통해 엄청난 마찰열을 생성한다고 한다. 이오는 갈릴레이 위성들과 달리 물이 존재하지 않지만, 그 대신 전혀 다른 형태의 액체인 용암이 흘러내린다. 이 용암의 흐름은 이오의 중요한 특징 중 하나이고, 때때로 수백 개의 화산이 장관을 이루며 분출하는 광경을 연출한다. 이 용암은 이오의 내부(마그마로 추정되는 바다)에서 끊임없이 표면으로 흘러나와 정기적으로 이전에 없던 완전히 새로운 표면을 만들고, 용암 호수로 메운다. 과학자들은 주노를 통해 이러한 화산 현상의 원인과 어떤 패턴이 있는 지를 탐구하고 있다. 볼튼은 비행 완료에 앞서 성명을 통해 "이번 비행에서 얻은 데이터와 이전 관측 자료를 결합하여 주도 과학팀은 이오의 화산이 어떻게 변화하는지 연구하고 있다"고 설명했다. 그는 "우리는 화산이 얼마나 자주 분출하는지, 얼마나 밝고 뜨거운지, 용암 흐름의 모양이 어떻게 변하는 지, 그리고 이오의 활동이 목성 자기권의 하전 입자의 흐름과 어떻게 연결되어 있는지 찾고 있다"고 말했다. 주노 우주선은 오는 2월 3일 목성을 다시 한번 '초근접' 촬영할 예정이다. 이는 7년 넘게 궤도를 돌면서 57번째로 목성을 근접 비행하는 임무가 될 것이다. 한편, 목성은 태양계의 다섯번째 행성이자 가장 큰 행성으로 종종 행성의 왕으로 불린다. 목성은 4개의 갈릴레이 위성을 포함해 최소 500개의 위성이 있는 것으로 알려져 있다. 일부 과학자들은 목성이 최대 600개의 위성을 가지고 있다고 추산하기도 한다. '갈릴레이 위성' 또는 '갈릴레오 위성'은 1610년 과학자 갈릴레이 갈릴레오가 목성 주변에서 발견한 4개의 위성을 말한다. 이들 위성은 이오, 에우로페, 가니메데, 칼리스토 등 제우스(목성의 이름)의 연인의 이름을 따서 지었다. 주노(Juno) 우주선은 나사의 목성 탐사선으로 2011년 8월 5일 뉴 프런티어의 일환으로 케이프커내버럴 공군 기지에서 발사됐다. 극 궤도에 존재하는 성분과 중력장, 자기장 등을 조사하는 임무를 맡았다. 그밖에 목성의 대기에 존재하는 물의 양과 바위 응어리 존재 여부, 행성의 질량 분포, 시속 600km에 도달할 수 있는 목성의 대기 조사 등의 임무를 수행하고 있다. 오는 2024년 2월 3일 58번째로 이오 위성을 근접 통과할 예정이며 2025년 9월 2차 탐사 확장 계획이 종료된다.
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나사 주노 탐사선, 목성 위성 '이오' 초근접 비행…화산 활동 원인·패턴 규명 기대
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미국 민간 우주 기업, 2024년 나사 대신 달 탐사 주도
- 인도와 중국을 비롯해 글로벌 달 탐사 경쟁이 치열해지는 가운데 미국 민간 우주기업들이 올해 미국 항공우주국(NASA·나사) 대신 탐사를 주도한다. 미국 우주 기업들은 올해 5차례 나사와 다른 고객들을 위해 달 착륙을 시도할 예정이라고 월스트리트저널(WSJ)과 CNN 등 다수 외신이 7일(이하 현지시간) 보도했다. WSJ에 따르면 올해는 미국 민간 우주기업들이 제작한 우주선 5대가 나사 장비를 탑재하고 달 착륙에 나설 예정이다. 가장 먼저 8일 오전 중 우주기업 아스트로보틱(Astrobotic)의 무인 우주선이, 2월에는 또 다른 기업 인튜이티브 머신(Intuitive Machines)의 우주선이 각각 발사될 예정이다. 이들 팀사선 중 어느 것 하나라도 성공한다면 미국으로서는 1972년 이후 50년 만에 처음으로 달 표면에 재착륙하게 된다. CNN은 "나사는 2023년부터 가열되기 시작한 새로운 국제 우주 경쟁에서 미국이 달에 존재감을 드러낼 수 있도록 이러한 민간 개발 달 착륙선의 소량 개발을 후원하고 있다"고 전했다. 아스트로보틱의 로봇 달 팀시 우주선 ‘페레그린((Peregrine))’은 8일 오전 2시 18분(동부 표준시)에 플로리다의 케이프 커내버럴 우주 기지에서 ULA 벌컨 센타우로켓에 실려 발사될 예정이다. 아스트로보틱의 CEO 존 손튼을 비롯한 우주 산업 전문가들은 우주선을 달에 성공적으로 착륙시킬 수 있는 확률이 반반이라며 동전 던지기에 비유했다. 손튼은 지난 1월 2일 CNN과의 전화 인터뷰에서 "이것은 50 대 50의 확률로 목표에 도달하는 것과 같은 접근 방식이며, 특정 임무가 아니라 업계 전체의 성공이 더 중요하다"라고 말했다. 그러면서 손튼은 "우리는 이 임무에 우리가 할 수 있는 모든 것을 쏟아 부었다"고 덧붙였다. 페레그린은 세계에서 가장 빨리 나는 새인 매의 이름을 딴 것으로, 2월 23일에 착륙을 시도하기 전에 달 궤도에서 일정 시간을 보내게 된다. 현재 우주탐사선의 달 착륙은 전 세계적인 경쟁을 부르고 있다. 인도는 지난해 8월, 달 탐사선 '찬드라얀-3호'를 달 남극에 성공적으로 착륙시켜 전 세계의 주목을 받았다. 이로써 인도는 중국, 구소련, 미국에 이어 달에 우주선을 착륙시킨 네 번째 국가가 됐다. 일본은 지난해 9월 우주 공간으로 발사한 자국 최초의 달 탐사선 '슬림'(SLIM)을 이달 하순에 착륙시킬 예정이다. 러시아는 지난해 달 탐사선을 쏘아 올렸으나 착륙에 실패했다. 러시아는 1976년 달 탐사선인 루나 24(Luna-24) 이후 47년 동안 어떤 러시아 우주선도 달 궤도에 재진입하지 못했다. 미국과 중국은 우주인들을 달 표면에 보내 궁극적으로는 영구 정착지를 개발하기 위해 노력하고 있다. 21세기 들어 지금까지 인도와 중국 만이 달에 연착륙했다. 특히 나사는 올해의 경우 민간업계가 미국 착륙선의 설계와 운영을 주도하도록 하고 있다. 이는 전통적으로 나사가 달 탐사 업무를 관리해오던 방식에서 벗어난 것이라는 게 WSJ의 설명이다. 나사는 1969년을 시작으로 우주비행사를 여러 차례 달에 보냈던 아폴로 프로그램 기간 수십만 명의 직원과 막대한 예산에 의존해 전체 과정을 주도했다. 하지만 이제 나사는 공급자보다는 고객으로서, 더 적은 자금을 투입하기를 희망하고 있다. 나사는 상업적으로 개발된 로봇 착륙선을 사용하여 빠르게 따라잡을 수 있기를 기대하고 있다는 것. 나사는 페레그린 외에도 텍사스에 본사를 둔 파이어플라이 에어로스페이스 및 인튜이티브 머신즈와 계약을 맺고 있다. 인튜이티브는 빠르면 2월 중순에 달 착륙선을 발사할 수 있다. 이러한 계약은 모두 NASA의 상업용 달 탑재체 서비스 프로그램의 일환으로, 특히 아폴로 시대의 착륙선을 만드는 데 수십억 달러가 소요된 것과 비교하여 달 착륙선 제작 비용을 대폭 낮추는 것을 목표로 한다고 CNN은 전했다. 페레그린과 다른 CLPS 착륙선은 훨씬 더 저렴하게 설계됐으며, 나사는 파트너 회사에 단 한 번의 고정 가격 계약만 체결하기로 합의했다. 예를 들어, 이 임무에 대한 아스트로보틱(Astrobotic)의 계약은 총 1억 8000만 달러로, 이는 나사가 처음에 약속한 것보다 더 많은 금액이다. 기관 관계자는 팬데믹으로 인해 계약이 재협상되었다고 말했다. 손튼은 CNN에 "이것은 새로운 가격대에 도달하기 위해, 패러다임을 깨기 위해 달 표면으로 보내질 많은 비교적 저렴한 임무 중 하나다"라고 말했다. 우주인들이 국제우주정거장(ISS)을 오가도록 하는 데 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 이끄는 스페이스X를 활용하는 등 나사는 일부 작업을 민간 기업들로 옮기고 있다. 나사로서는 민간기업 의존을 늘려나가면서 비용을 줄일 계획이지만, 이 같은 외부 의존이 이전의 '과학'에 따른 자체 접근법보다는 리스크는 더 있을 것으로 보고 있다. 또한 달 탐사 작업은 거리나 달 지형을 포함해 많은 어려움이 있다. 대표적인 예로는 지난해 일본 기업 아이스페이스(ispace)와 러시아의 달 착륙 시도가 모두 실패했다. 미국도 달 탐사선 발사 지연과 함께 기술적 문제에 직면해 있다. 8일 발사 예정인 페레그린은 록히드 마틴과 보잉의 합작사인 유나이티드 론치 얼라이언스(ULA)가 개발한 차세대 로켓 '벌컨'에 탑재돼 달을 향한 여정을 시작한다. 페레그린은 '끈적끈적한 만(Bay of Stickiness)'이라고도 불리는 달의 부비동(Sinus Viscositatis) 지역으로 향하고 있다. 페레그린호에는 독일, 멕시코, 영국 등 다른 국가의 과학 실험과 상업용 화물도 실릴 예정이다. 특히, 페레그린은 미국 최대 아메리카 원주민 집단인 나바호족의 반발을 불러일으킨 두 개의 상업용 우주 매장 업체인 엘리시움 스페이스와 셀레스티스를 대신해 인간의 유해를 운반할 예정이다. 이 단체는 유골이 달 표면에 착륙하는 것을 허용하는 것은 달을 신성하게 여기는 많은 원주민 문화에 대한 모독이라고 주장한다. 셀레스티스는 웹사이트를 통해 약 1만 3000달러부터 시작하는 가격으로 유골을 달로 운반하겠다고 제안했다. 이 우주선은 미래 우주 비행사를 위한 방사선 위험 측정 장치를 포함해 여러 나사 장비를 탑재하고 다음 달 23일 달 착륙을 시도할 예정이다. 아스트로보틱 측은 올해 말에 착륙선 그리핀(Griffin)을 추가로 발사할 예정이다. 여기에는 달의 얼음 퇴적물을 연구하는 나사의 로버(rover)가 실리게 된다. 이 탐사선은 달의 남극에서 21세기 우주 경쟁의 핵심인 '물 얼음(Water ice·수빙)'을 찾기 위해 탐사할 계획이다. 물 얼음은 미래 우주비행사의 식민지를 유지하는 데 사용되거나 더 깊은 우주로 향하는 임무를 위한 로켓 연료로 전환될 수 있다고 CNN은 설명했다. 이어 2월에는 휴스턴에 본사를 둔 인튜이티브 머신의 노바-C 우주선이 스페이스X의 팰컨9 로켓에 탑재돼 발사될 계획이다. 이 우주선에는 달 착륙 중에 솟아오르는 잔해 기둥을 연구하는 장치와 같은 나사 장비들이 실려있다. 인튜이티브 머신 측은 올해 말에 두 번째 노바-C 우주선을 보낼 예정이다. 이들 외에 텍사스주 오스틴 부근에 본사를 둔 파이어플라이 에어로스페이스(Firefly Aerospace)가 스페이스X 로켓을 이용해 블루 고스트(Blue Ghost) 우주선을 발사해 올해 달에 착륙하도록 할 계획이다. CNN은 나사의 달 탐사 노력의 초석은 아르테미스 프로그램을 통해 인간이 달 표면으로 돌아갈 수 있는 길을 닦는 것이라면서 나사는 빠르면 2024년 말부터 우주비행사를 달에 보내 달을 비행하는 임무를 수행한 후 10년 후 인간을 지표면으로 귀환시키는 것을 목표로 하고 있다고 덧붙였다. 한편, 일본의 첫 달 탐사선 '슬림'(SLIM)이 오는 20일 첫 달 착륙을 시도한다. 슬림은 지난 9월 발사돼 지난 달 25일 달 궤도에 진입했으며, 일본 현지시각으로 오는 20일 오전 0시 20분께 달 착륙을 시도한다. 만약 이때를 놓치면, 다음 달 16일 다시 착륙을 시도할 계획이라고 한다. 현재 나사 관계자들은 중국의 적극적인 달 탐사에 긴장하고 있다. 중국은 우주 탐사가 모든 국가와 인류에 이익이 돼야 한다고 주장하면서 최근 수년간 달 표면에 연구 장비들을 보내고 있다. 중국의 경우, 자국의 달 탐사 프로젝트의 일환인 '창어 6호'를 통한 달 착륙을 계획하고 있다. 창어 6호는 오는 5월, 달 뒷면으로 가서 암석과 먼지 샘플 등을 수집해 지구로 가져올 것으로 예상된다. 달 표면 채취는 세계적으로 모두 10차례 이뤄졌지만, 모두 달 앞면에서 진행됐다. 나사는 특히 중국이 달 남극 근처에 있는 수백만톤의 얼음과 수자원, 광물 등을 선점해 지속적으로 주둔할 수 있는 기반을 마련할 가능성에 대해 우려하고 있다. 렌슬리어 폴리테크닉 대학(RPI)의 샌딥 싱 조교수는 나사가 달 착륙 임무를 민간이 기업에 맡기면 민간 기업의 기술 개발을 촉진할 수 있을 것이라며 "더 일찍 했더라면 더 이른 시기에 달에 되돌아갈 수 있었을 것"이라고 WSJ에 말했다. 아스트로보틱의 CEO인 손튼은 CNN과의 인터뷰에서 이번 착륙 시도는 회사 직원들이 16년간의 노력의 정점을 찍는 초현실적인 순간이 될 것이라고 말했다.
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미국 민간 우주 기업, 2024년 나사 대신 달 탐사 주도
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탄소 질화물, 다이아몬드를 뛰어넘는 초강력 물질 탄생
- 과학자들이 수십 년의 연구 끝에 다이아몬드에 필적하는 새로운 초경도 물질을 개발했다는 연구 결과가 공개됐다. 과학 전문매체 '사이테크데일리(scitechdaily)'에 따르면, 영국 에든버러 대학교(University of Edinburgh)를 포함한 국제 연구팀은 탄소와 질소를 혼합한 물질을 극한의 압력과 열에 노출시킴으로써, 다이아몬드보다 더 단단한 새로운 물질을 창출했다. 연구팀은 탄소와 질소를 혼합한 물질을 지구 내부와 유사한 약 100만 배의 대기압 압력에 노출시켰다. 더불어, 섭씨 150만 도 이상의 고온에서 가열하는 실험을 진행했는데, 이는 태양 표면의 온도에 가까운 극한의 조건이다. 이러한 극한 조건에서 탄소와 질소 원자는 강력하게 결합하여 '탄소 질화물(carbon nitride)'을 형성한다. 연구팀은 이 새로운 물질의 경도를 측정하기 위해 여러 강도 시험을 수행했다. 그 결과 이 탄소 질화물이 현재 알려진 물질 중 두 번째로 단단한 '입방정 질화붕소(cubic boron nitride)'보다 더 단단한 것으로 밝혀졌다. 이번 연구는 재료 과학 분야에 있어 중대한 발견으로, 특히 항공우주, 군사, 산업 분야 등에서의 응용 가능성이 높은 새로운 초경도 물질의 개발을 의미한다. 연구팀은 프랑스의 유럽 싱크로트론 연구 시설(European Synchrotron Radiation Facility, ESRF), 독일의 독일 전자 싱크로트론(Deutsches Elektronen-Synchrotron, DESY), 미국에 기반을 둔 고에너지 물리학 연구소(Advanced Photon Source, APS)에 있는 세 개의 입자 가속기를 이용하여 강렬한 X선 빔을 이용해 샘플을 조사했다. 이 X선 빔은 샘플 내의 원자 구조와 전자 분포를 산란시켜, 물질의 내부 구조를 세밀하게 분석할 수 있게 해준다. 연구 결과는 세 가지 다른 질화탄소 화합물이 초경도를 달성하기 위한 필수 구성 요소들을 보유하고 있다는 것을 보여준다. 특히 놀라운 점은, 이 세 화합물이 모두 일반적인 압력 및 온도 조건으로 돌아갔을 때도 다이아몬드와 유사한 특성을 유지한다는 것이다. 이러한 발견은 물질의 안정성과 내구성에 대한 새로운 이해를 제공하며, 과학 및 산업 분야에서의 응용 가능성을 확대한다. 추가적인 계산과 실험에 따르면 이 새롭게 개발된 물질이 광발광과 높은 에너지 밀도와 같은 여러 특별한 특성을 가지고 있음이 밝혀졌다. 이는 물질이 매우 적은 질량으로 상당한 양의 에너지를 저장할 수 있음을 의미한다. 연구팀은 이러한 초비압축성 탄소 질화물이 다양한 응용 분야에 적용될 잠재력이 크다고 지적했다. 그들은 이 물질이 다이아몬드와 비견될 수 있는 궁극적인 공학 재료로 자리 잡을 수 있다고 전망했다. 연구를 주도한 에든버러 대학교의 도미니크 라니엘(Dominique Laniel) 박사는 "이 새로운 질화탄소 물질 중 첫 번째 질화탄소 물질이 발견되었을 때, 우리는 지난 30년 동안 과학자들이 꿈꿔온 물질을 만들어낸 것이 믿기 어려웠다. 이러한 재료는 고압 재료 합성과 산업적 응용 사이의 간극을 메우는 데 강력한 동기를 제공한다."라고 말했다. 린셰핑 대학 플로리안 트리벨(Florian Trybel) 박사는 "이 물질은 다기능성이 탁월할 뿐만 아니라 지구 내부 깊숙한 곳에서 발견되는 조건과 유사한 극한의 합성 압력에서도 안정한 상태를 유지할 수 있다는 점을 보여준다. 우리는 이 공동 연구를 통해 이 분야에서 새로운 가능성을 열 것이라고 확신한다"라고 말했다. 이번 연구는 깨지지 않는 초단단 재료 개발 분야에서 중요한 진전을 이루었다. 이 새로운 재료는 자동차와 우주선의 보호 코팅, 내구성이 뛰어난 절삭 공구, 태양 전지판, 광검출기 등과 같은 다양한 산업 분야에 응용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 이는 기술적인 혁신 뿐만 아니라 산업 전반에 걸친 여러 응용 분야에도 중대한 영향을 미칠 수 있을 것으로 기대된다.
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탄소 질화물, 다이아몬드를 뛰어넘는 초강력 물질 탄생
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NASA 재활용 우주선 '드림 체이서' 첫 비행
- 미국 항공우주국(NASA)와 시에라 스페이스(Sierra Space)가 협력해 드림 체이서(Dream Chaser) 우주선을 국제 우주정거장(ISS)으로의 첫 비행을 위한 준비를 진행 중이다. NASA에 따르면 이 무인 화물 우주선을 상업적 재공급 서비스 프로그램의 일환으로 활용할 계획이며, 2024년에 국제 우주정거장으로의 시범 임무를 시작할 예정이다. 콜로라도 주 루이빌에 위치한 시에라 스페이스에서 제작한 드림 체이서 화물 시스템은 드림 체이서 우주선과 '슈팅 스타(Shooting Star)' 화물 모듈, 이 두 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있다. 이 양력체 형태의 우주선인 드림 체이서는 최대 15회까지 재사용 가능하도록 설계되었으며, 버지니아주 햄프턴에 위치한 NASA의 랭글리 연구 센터에서 개발된 HL-20 우주선을 바탕으로 개조했다. 드림 체이서(Dream Chaser) 우주선의 파트너인 '슈팅 스타(Shooting Star)' 화물 모듈은 국제 우주정거장(ISS)에서 가압 및 비가압 화물의 운송과 처리를 지원하기 위해 특별히 설계됐다. 이 화물 모듈은 일회용으로 사용되며, 재진입을 위해 분리되기 전에 우주에서 폐기된다. 드림 체이서 시스템은 플로리다주 케이프커네버럴에 위치한 우주군 기지의 우주발사단지 41에서, ULA(United Launch Alliance)의 발칸 센타우르(Vulcan Centaur) 로켓을 이용해 발사된다. 발사 시, 드림 체이서는 5m 페어링 내부에 날개를 접은 상태로 위치한다. 발사 중 페어링 패널은 우주선을 보호하는 역할을 하지만, 궤도 진입 후에는 폐기된다. 드림 체이서의 화물 모듈과 날개에 장착된 태양 전지 어레이는 우주정거장과의 자율적인 접근 과정 중에 전개된다. 만약 발사 연기(스크럽)가 발생할 경우, 드림 체이서는 24시간 이내에 다시 발사 준비를 완료할 수 있도록 설계됐다. 첫 비행 중에, 시에라 스페이스는 드림 체이서 우주선의 향후 임무를 위한 인증 과정의 일환으로 궤도 내에서 여러 시연을 진행할 계획이다. 이 비행은 플로리다에 위치한 NASA의 케네디 우주 센터, 휴스턴의 NASA 존슨 우주 센터, 그리고 콜로라도 루이빌에 있는 드림 체이서 미션 컨트롤 센터에 있는 팀들에 의해 모니터링될 예정이다. 시에라 스페이스의 비행 관제사들은 우주선이 착륙하기 전까지 발사대에서 드림 체이서를 제어하며, 착륙 후에는 NASA 케네디의 시에라 스페이스 지상 작전 팀에 우주선을 이양한다. 원거리 시연은 우주선이 국제 우주정거장(ISS) 근처의 '접근 타원체'라 불리는 2.5 x 1.25 x 1.25 마일(약 4 x 2 x 2km) 크기의 가상 경계 안으로 진입하기 전에 수행된다. 이 타원체 밖에서 수행되는 이러한 시연은 드림 체이서가 휴스턴의 미션 컨트롤 센터와 NASA 팀과의 합동 작업을 시작하기 전에 필요하다. 이 과정에는 자세 제어, 병진 기동 및 중단 기능의 시연이 포함된다. 국제 우주정거장(ISS)에 더 가까이에서 수행되는 근거리 시연은 다양한 작업을 포함한다. 이에는 LIDAR(빛 감지 및 거리 측정) 센서의 활성화 및 사용, 우주정거장에서 보낸 명령에 대한 응답, 명령에 따른 정거장으로부터의 후퇴, 그리고 접근 지점의 유지 등이 포함된다. 이 시연 과정에서 드림 체이서는 우주정거장과의 거리를 점차 줄여간다. 처음에는 역에서 330미터(약 1083피트), 그 다음은 250미터(약 820피트), 마지막으로 30미터(약 98피트) 거리를 유지하게 된다. 이러한 시연을 성공적으로 마친 후, 드림 체이서는 국제 우주정거장으로 이동하게 된다. 드림 체이서가 우주정거장의 실험실 모듈에 접근하면, 우주선은 역에서 약 11.5미터(약 38피트) 떨어진 위치에서 최종 정지한다. 이때, 정거장의 승무원은 '캐나다 암 2(Canadarm2)' 로봇 팔을 사용하여 지상 팀보다 먼저 우주선의 화물 모듈을 잡는다. 이후 화물 모듈은 유니티(Unity) 또는 하모니(Harmony) 모듈의 지구 쪽 포트에 설치한다. 캐나다 암 2는 캐나다 우주국(CSA)이 개발한 우주 정거장 조작용 로봇 팔이다. 국제 우주정거장(ISS)으로의 첫 비행에서, 드림 체이서 우주선은 약 3.5톤(7800파운드) 이상의 화물을 운반할 계획이다. 향후 임무에서는 최대 75일 동안 우주정거장에 부착되어 있으면서 최대 약 5.2톤(약 1만1500파운드)의 화물을 운반할 수 있도록 설계됐다. 드림 체이서는 지구로 돌아오는 길에 약 1.5톤(3500파운드) 이상의 화물과 실험 샘플을 반환할 수 있으며, 또한 화물 모듈을 사용해 재진입 과정에서 약 3.9톤(8700파운드) 이상의 쓰레기를 처리할 수 있다. 또한 드림 체이서는 캐나다 암 2를 사용하여 우주정거장에서 제거되기 전까지 약 45일간 우주정거장에 머무를 예정이다. 우주선은 출발 후 11~15시간 이내에 빠르게 착륙할 수 있으며, 기상 조건이 허용하는 한 매일 착륙할 수 있는 기회가 있다. 드림 체이서의 착륙 기상 기준은 일반적으로 시속 17.2마일(15노트) 이하의 측풍, 23마일(20노트) 이하의 역풍, 11.5마일(10노트) 이하의 배풍을 요구한다. 또한, 활주로 반경 20마일 이내 또는 접근 경로를 따라 10마일 이내에서 발생하는 뇌우, 번개, 비는 착륙에 적합하지 않은 조건으로 간주된다. 드림 체이서의 26개 반응 제어 시스템 추진기는 우주선이 궤도를 이탈하도록 발사된다. 이 우주선은 지구 대기권으로 재진입한 후 NASA의 우주 왕복선과 유사한 방식으로 케네디 우주 센터의 활주로에 착륙할 예정이며, 2011년 마지막 우주 왕복선 비행 이후 이 시설에 착륙하는 최초의 우주선이 될 것이다. 착륙 후 전원이 꺼지면, 시에라 스페이스의 지상 운영팀이 드림 체이서를 우주 시스템 처리 시설로 이송하여 필요한 검사를 수행하고, 나머지 NASA 화물을 내리며, 다음 임무를 위한 준비 작업을 시작된다. 시에라 스페이스(이전 Sierra Nevada Corporation)는 2016년 국제 우주정거장(ISS)에 서비스를 제공할 NASA의 세 번째 상업용 화물 재공급 우주선으로 선정됐다.
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NASA 재활용 우주선 '드림 체이서' 첫 비행
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일본 소행성 탐사선 '하야부사2', 지구 방어 기술 실증 실험 착수
- 일본 우주항공연구개발기구(Japan Aerospace eXploration Agency, JAXA)는 소행성 탐사선 '하야부사2'를 활용하여 지구와 충돌할 위험이 있는 소행성의 궤도를 변경하는 기술을 실증하기 위한 준비에 착수했다. 일본 요미우리신문에 따르면, 하야부사2는 2020년 12월 소행성 류구에서 샘플을 지구로 가져온 뒤, 남은 연료를 절약하며 비행을 계속하고 있다. 2023년 7월에는 소행성 2001CC21을 통과한 후, 2026년에는 최종 목적지인 소행성 1998KY26에 도착할 예정이다. 일본 우주항공연구개발기구는 이번 실증 실험을 소행성 2001CC21에서 진행할 계획이다. 하야부사2는 지름 약 700m로 추정되는 소행성에 서로 10km 이내로 접근해 충돌 없이는 거의 불가능한 궤적으로 고속으로 통과할 예정이다. 이는 지구와 충돌 가능성이 있는 소행성의 궤도를 조정하는 기술을 검증하기 위한 실험이다. 소행성에 도달할 때 하야부사2의 상대 속도는 초속 5km에 이르며, 소행성과의 중력 상호작용으로 인해 소행성의 궤도가 약간 변경될 것으로 예상된다. 이 실험을 통해 소행성의 궤도를 조정하는 기술을 개발하는 데 기대가 높다. 하야부사2는 2014년 12월에 발사되었으므로 설계 수명이 초과됐고, 일부 장치가 노후화됐다. 따라서, 일본 우주항공연구개발기구는 2024년 초에 자세 제어 시스템의 프로그램을 원격으로 업데이트할 계획이다. 자세 제어 시스템은 우주선의 자세를 제어하는 장치로, 이를 통해 자세 제어 시스템의 일부에 문제가 발생해도 다른 장치가 보완하여 정밀한 비행이 가능하도록 할 계획이다. 미국 항공우주국(NASA)은 지난해 9월, 지구에서 약 1100만km 떨어진 곳에 있는 소행성 디모르포스에 무인 탐사선 '다트(DART)'를 충돌시켜 궤도를 변경하는 실험을 성공적으로 수행했다. 현재까지 지구에 접근한 소행성 및 기타 천체는 3만3000개 이상으로 추정되며, 그 중 위험 요소가 있는 천체는 2000개 이상이다. 일본 우주항공연구개발기구는 소행성 류구 탐사를 마친 하야부사2의 '확장 임무'에 도전하고 있다. 하야부사2의 확장 임무 운영 책임자인 유야는 "궤도 제어가 어떻게 이뤄질 수 있는지에 초점을 맞추고 있으며, 가능한 한 하야부사2의 작업을 지속하고 싶다"라고 말했다. 일본 우주항공연구개발기구는 현재 자체 웹사이트를 통해 내년 5월 9일까지 누구나 소행성 '2001CC21'의 후보를 추천할 수 있도록 접수를 받고 있다. 이 추천은 8월 말까지 진행되며, 세계 각국의 천문학자로 구성된 국제천문연맹(International Astronomical Union)에 제출될 예정이다. 이 실험이 성공한다면, 지구와 충돌 가능성이 있는 소행성을 발견하고 그 궤도를 변경하는 기술의 발전에 기여할 것으로 기대된다.
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일본 소행성 탐사선 '하야부사2', 지구 방어 기술 실증 실험 착수
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달 뒷면서 발견된 네모난 구조물⋯외계인 하우스?
- 중국 달 탐사선 '창어 4호'에 실린 로버 '위투 2호(Yutu-2, 玉兔2号)'가 달 뒷면에서 정체불명의 네모난 구조물을 발견해 이목을 끌고 있다. 과학 기술 전문 매체 기즈모도 일본어판은 최근 중국의 달 탐사선 창어 4호에 실려온 위투 2호(영어 The rover Jade Rabbit 2·로버 제이드 래빗 2호)가 달 반대편에서 신비한 사각형 물체를 발견했다고 보도했다. 이 매체는 이 구조물은 폰 카르만(Von Kármán) 분화구 너머 약 80m 떨어진 지평선에서 발견했으며 ‘신비한 오두막(Mystic Hut, 미스틱 헛)’으로 명명돼 많은 대중의 관심을 끌었다고 전했다. 이 구조물은 지구에서 보이지 않는 달의 저편에 있기 때문에 인지 능력이 있는 지적인 생명체에 의한 UFO 기지인지, 아니면 영화 2001: 스페이스 오디세이에서 본 모놀리식 물체인지 상상을 자극하고 있다. 그러나 중국 우주 프로그램을 취재하는 저널리스트 앤드류 존스는 "사진만으로는 알 수 없다"며 "분명 조사해야 할 부분이지만, 기념물이나 외계인에 관한 것은 아니다"라고 말했다. 존스는 2013년 12월 창어 3호(嫦娥3号)의 임무에서 본 것처럼, 운석의 충돌로 융기한 큰 암석일 것이라는 현실적인 추측을 내놓고 있다. 실제로 이 구조물의 정체로 가장 가능성이 높은 것은 바위인데, 유투 2호가 탐사 활동 중인 폰 카르만 분화구는 지름 180km에 이르는 충돌 분화구로 뽀죡한 바위들이 많고, 꽤 많은 암석 덩어리 조각들이 있는 것으로 알려졌다. 중국은 2007년에 창어 1호, 2010년에 창어 2호, 2013년에 창어 3호를 발사했다. 2019년 발사된 창어 4호에는 창어 3호와 달리 네덜란드의 저무선주파수 탐지기, 독일의 달 표면 뉴트론과 방사선량 탐지기, 스웨덴의 중성원자 탐지기, 사우디아라비아의 소형 광학 이미징 탐지기 등 4대 과학 탑재체를 탑재했다. 이 구조물은 지난 2023년 11월, 달 뮛면 탐사 미션 36일째 발견됐다. 중국 국가항천국(CNSA) 로버팀은 향후 유투 2호를 분화구 등 장애물을 피하면서 2~3일 후(지구 2~3개월 후)에 이 물체의 정체를 더 가까이서 조사할 것으로 알려졌다. 한편, 지난 2019년 1월 중국의 달 탐사선 ‘창어 4호(嫦娥四號)’가 지구에서 보이지 않는 달의 뒷면에 성공적으로 착륙해 본격적인 탐사에 들어갔다. 인간이 달 뒷면에 착륙한 것은 창어 4호가 처음이다. 탐사 초기 달과 태양계에 관한 중요한 단서를 제공할 것으로 기대를 모았다. 창어 4호는 2020년에는 달 암석과 흙을 지구로 가져왔고, 2021년에는 착륙선과 궤도선, 탐사 로버를 동시에 화성에 안착시켰다. 중국은 2022년에는 독자적으로 달 우주정거장까지 건설했다. 중국은 현재 중국 국가 우주국가운영위원회(CNSA)를 통해 달 우주정거장 프로젝트를 진행 중이다. 이 프로젝트는 '톈궁(Tiangong)'라고 불리는 달 정거장을 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 이는 중국의 우주 탐사 및 연구 노력의 일부다. 중국이 단독 건설하는 우주정거장 톈궁은 길이 37m, 무게 90t으로 현재 미국과 러시아 등이 공동 운영하는 국제우주정거장(ISS)의 3분의 1 정도 크기에 해당한다. 중국은 톈궁 건설이 완료되면 향후 10년 동안 매년 두 차례 유인 우주선을 발사해 우주 비행사들이 정거장에 머물며 과학실험을 수행하도록 할 예정이다.
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달 뒷면서 발견된 네모난 구조물⋯외계인 하우스?
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달의 인류세, 지속 가능한 미래 위한 도전
- 달에 '인류세'를 도입하자는 주장이 제기됐다. 1959년 소련의 루나 2호 우주선이 달의 마레 임브리엄(Mare Imbrium) 동쪽에 충돌하면서 인류의 첫 흔적이 달에 남겨졌다. 이후 활발해진 우주 탐사 활동으로 달 표면에는 인간이 남긴 발자국, 탐사선 부품, 과학 장비 등 다양한 흔적들이 쌓여갔다. 최근, 사이언스 뉴스(SCINEWS)에 따르면, 미국 캔자스 지질조사국의 연구팀은 이러한 인간의 활동이 달 환경에 미치는 영향을 조사하고, 달에서도 '인류세'를 도입해야 할 시기라고 주장했다. 인류세는 인간의 활동이 지구 환경에 중대한 변화를 초래한 시대를 의미한다. 루나 2호의 달 충돌 사건 이후 인간은 지금까지 달 표면에서 적어도 58곳 이상에서 표면 교란을 일으켰다. 연구팀은 달 표면의 퇴적물인 '레골리스'가 인간 활동의 영향으로 상당히 교란되고 있음을 지적했다. 레골리스는 유성체 충돌이나 질량 이동 등에 의해 자연적으로 이동하지만, 인간의 움직임이 이를 가속화시키고 있으며, 그 영향 범위 또한 확대되고 있다는 것이다. 이러한 연구 결과는 인간의 우주 탐사 활동이 달 환경에 미치는 영향을 다시금 생각해 볼 필요성을 제기한다. 달은 대기권이나 자기권이 없기 때문에 외부에서 유입되는 물질에 특히 취약하다. 이러한 특성 때문에 인간의 활동이 발생시키는 배기가스와 같은 외부 물질은 달 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 최근의 연구 결과를 바탕으로, 연구팀은 달이 인류의 영향을 거의 받지 않는 변하지 않는 환경이라는 일반적인 인식을 깨뜨리고자 했다. 연구팀은 달 표면에 대한 인간의 책임감을 강조하며, 우주 환경을 보호하는 것이 인류의 중요한 임무임을 지적했다. 이러한 연구는 달과 같은 천체들이 인간의 활동에 의해 어떻게 영향을 받을 수 있는지를 보여주며, 우주 탐사와 활동 시 지속 가능하고 책임 있는 접근 방식의 필요성을 강조한다. 달 표면과 그 환경을 보호하는 것은 미래 우주 탐사의 중대한 고려사항 중 하나로 여겨져야 한다. 달의 인류세 의미와 대응 조치 달의 인류세 개념은 인간이 지구뿐만 아니라 달에도 중대한 영향을 미치고 있음을 나타낸다. 이는 인간 활동이 지구 환경에 미친 영향과 유사하게, 달의 환경 또한 인간의 활동으로 변화될 수 있음을 의미한다. 이러한 인식은 달의 환경을 보호하고 지속 가능한 우주 개발을 추진하는 데 필요한 새로운 노력을 촉구한다. 더불어, 달의 역사적 가치가 담긴 유적들을 보호하고 보존하는 작업도 매우 중요하다. 달의 인류세는 인류 역사에서 중대한 전환점으로 여겨질 수 있다. 이는 인간이 달에 미치는 영향에 대한 인식을 높이고, 달의 환경 보호와 역사적 유산의 보존을 위한 노력을 강화하는 계기가 될 수 있다. 이러한 노력은 향후 인류가 우주를 탐험하고 개발하는 과정에서 지속 가능성을 중시하는 방향으로 나아가는 데 기여할 것이다. 한국의 달의 인류세에 대한 대응 한국에서도 달의 인류세에 대한 관심이 점차 증가하고 있다. 한국항공우주연구원(KARI)은 2023년 10월 발표한 '달 탐사 정책 방향'에서 달의 인류세에 대해 언급하며, 달 환경 보호에 대한 중요성을 강조했다. 이 정책에서는 달 탐사의 핵심 목표 중 하나로 "달 환경에 미치는 인류의 영향을 최소화하기 위한 노력"을 제시했다. 이를 위해 한국항공우주연구원은 "달 표면의 퇴적물인 레골리스를 보호하기 위한 기술 개발"과 "달 환경에 미치는 배기가스의 영향을 조사하는 연구"를 추진할 계획이다. 이러한 노력은 달 환경을 보호하고, 지속 가능한 우주 탐사 방안을 모색하는 데 중요한 역할을 할 것으로 보인다. 달의 인류세는 인간이 달에 미치는 영향에 대한 깊은 인식을 촉진하고, 지속 가능한 우주 개발을 향한 전환점이 될 것이다. 한국이 이러한 연구와 대응을 통해 달 환경 보호에 기여하고, 우주 개발 분야에서 선도적인 역할을 수행하는 데 중요한 발판을 마련할 것으로 기대된다.
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달의 인류세, 지속 가능한 미래 위한 도전
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입자물리학, 양자 우주 탐사 위한 10개년 계획 공개
- 입자 물리학 프로젝트 우선 순위 지정 패널(Particle Physics Projects Prioritization Panel·P5)은 최근 향후 5년에서 10년 간의 연구 자금 지원에 대한 권장 사항을 담은 상세한 보고서를 발표했다. 입자물리학은 기본입자의 특성과 상호작용을 탐구하는 물리학의 한 분야이다. 이 권고안은 뮤온, 중성미자, 암흑물질, 힉스 입자 등의 연구를 포함하고 있으며, 비록 구속력은 없지만 미국 입자 물리학 커뮤니티의 의견을 반영한다. 이는 물리학 연구 분야에서 가장 창의적인 아이디어 중 일부를 제시하는 것으로, 해당 분야의 발전 방향을 제안하고 있다. 인터넷 포럼 빅씽크(Big Think)는 최근 보도를 통해 미국 입자 물리학 커뮤니티가 다년간의 검토를 거쳐 향후 5년에서 10년간의 연구 비전을 발표했다고 전했다. 이들은 다양한 프로젝트들이 자금을 지원받을 경우, 연구자들이 자연의 법칙을 더 깊이 이해하는 데 크게 기여할 수 있을 것이라고 강조했다. 이번 권고안은 '양자 우주 탐사: 입자 물리학의 혁신과 발견을 위한 길'이라는 제목의 보고서에서 발표됐다. 이 보고서는 고에너지 물리학 자문 패널(HEPAP)의 하위 패널인 입자 물리학 프로젝트 우선순위 지정 패널(P5)에 의해 작성됐다. 이 권고안은 미국 에너지부 과학국과 국립과학재단 등 자금 지원 기관에 제출되어 향후 10년간의 자금 지원 결정을 안내하는 데 사용될 예정이다. 입자 물리학자들은 실험실에서 달성 가능한 최극단의 조건에서 물질의 거동을 연구한다. 이들은 양성자와 전자와 같은 아원자 입자를 거의 광속에 가까운 속도로 가속시키고, 크고 강력한 입자 가속기를 사용하여 이들을 충돌시킨다. 세계에서 가장 강력한 가속기를 사용하는 과학자들은 약 섭씨 7조도에 달하는, 상상하기 어려운 극도의 고온에 도달할 수 있다. 이는 태양의 핵심보다도 10만 배 더 뜨겁고, 초신성의 중심보다 약 100배 더 뜨겁다. 빅뱅 직후 1조분의 1초도 안 되는 시점부터 우주 전체에 걸쳐 온도가 균일하지 않았다. 미국 입자 물리학 커뮤니티는 약 5년마다 지난 5년 동안의 진전을 평가한다. 이 정보를 바탕으로, 단기적으로 진전을 이룰 가능성이 높은 연구에 우선 순위를 둔다. 커뮤니티는 예산, 필요한 기술의 존재 여부 및 개발 상황과 같은 실질적인 사항을 고려해야 한다. 과학적 영향력도 중요한 고려 대상이다. P5와 HEPAP는 모두 어떤 프로젝트를 추진해야 할지에 대한 권고를 제시하는 자문 및 정부 자금 지원 기관에 불과하다. P5 보고서는 다양한 규모와 영향력을 가진 프로젝트를 권장한다. 이 중 더 큰 프로젝트 중 하나는 우주의 우주 마이크로파 배경을 연구하기 위한 4세대 노력이다. 이 마이크로파는 빅뱅 이후 남은 가장 오래된 탐지 가능한 잔해로, 초기 우주의 모습을 직접 관찰할 수 있게 해 준다. 또 다른 주요 프로젝트는 세계적 수준의 중성미자 연구 프로그램을 강화하기 위해 페르미랩(Fermilab) 가속기 단지를 업그레이드하는 것이다. 페르미랩은 미국의 주요 입자물리학 연구소로, 지구 전체를 통과할 수 있는 드물게 상호작용하는 중성미자의 행동을 연구하기 위해 특별한 노력을 기울이고 있다. 중성미자 연구는 우주가 왜 물질로만 보이는지에 대한 해답을 찾는 데 중요한 역할을 할 수 있으며, 우리가 가진 최고의 이론은 반물질도 동등하게 존재해야 한다고 가정한다. P5 보고서는 또한 일반 물질보다 약 5배 더 널리 퍼져 있을 것으로 추정되는, 형태가 알려지지 않은 암흑물질을 찾기 위한 3세대 실험을 권장하고 있다. 만약 암흑물질이 실제로 존재한다면, 그것은 거의 상호작용 없이 지구를 통과할 것으로 예상된다. 이러한 이론적 형태의 물질을 탐지하기 위해서는 집중적인 연구 노력과 첨단 기술이 필요하다. 보고서는 또한 미국이 유럽이나 아시아에서 개발될 힉스 입자에 대한 심층 연구를 수행할 미래의 가속기 프로젝트에 참여하는 것을 권장한다. 이는 2012년에 발견된 힉스 입자가 다른 아원자 입자에 질량을 부여하는 역할을 한다는 것을 더 상세히 연구하는 데 중요하다. 또한, 고에너지 뮤온 충돌기의 개발 가능성을 탐구하는 것도 야심 찬 제안 중 하나다. 뮤온은 전자보다 무겁고, 빠르게 붕괴하는 특성을 가지고 있다. 뮤온 충돌기를 만들기 위해서는 연구자들이 뮤온을 생성하고 포획한 후, 매우 짧은 시간 내에 가속하고 충돌시켜야 한다. 이러한 시설의 구현 가능성은 아직 확실하지 않지만, 국가 가속기 과학 커뮤니티가 협력하여 이를 확인하는 것이 중요하다. 더 적당한 가격의 미래 시설에는 아이스큐브(IceCube) 감지기의 업그레이드가 포함된다. 아이스큐브는 남극 대륙의 입방 킬로미터 규모의 얼음을 활용하여, 현재까지 발견된 가장 강력한 에너지를 가진 우주 중성미자를 포함해 우주 중성미자를 연구한다. 이러한 연구는 초신성, 중성자별 충돌, 거대한 블랙홀 주변에서 가속되는 물질과 같은 격렬한 천문학적 현상에 대한 중요한 통찰력을 천문학자들에게 제공할 수 있다. 2세대 아이스큐브는 10배 더 많은 얼음을 사용하여 훨씬 더 정밀한 측정이 가능하다. P5 위원회의 권고안은 구속력은 없지만, 미국 입자물리학 커뮤니티의 판단을 반영하고 있다. P5 소집 전에는 수천 명의 물리학자들이 스노우매스 프로세스(Snowmass Process)를 통해 함께 작업했다. 여러 해에 걸쳐 이들은 최고의 아이디어를 제안하고, 이에 대한 토론을 위해 대규모 회의에 모였다. 토론, 비평 및 개선을 거쳐 스노우매스의 제안은 자연 법칙에 대한 우리의 이해를 향상시키는 가장 창의적인 아이디어 중 일부를 제시한다. P5 위원회는 스노우매스의 제안을 검토하여 일부는 개선하고, 나머지는 자금 지원 기관에 제출할 예정이다. 이 과정의 다음 단계는 미국 DOE(에너지부) 및 NSF(국립과학재단)와 같은 기관들이 국제적 차원의 협력을 고려하고 재정적 실제 상황을 반영하는 것이다. 2024년이 되면 미국 입자물리학 연구의 미래 방향이 더욱 명확해질 것으로 기대된다. 반면, 한국의 경우 연구 지원금이 끊기면서 연구진이 어려움을 겪고 있다. 한국의 연구팀은 우주에서 가장 높은 에너지를 가진 것으로 알려진 우주선(cosmic ray) 관측에 성공한 '텔레스코프 어레이(TA) 코퍼레이션' 국제 공동 연구에 참여 하고 있었다. 박일흥 성균관대 물리학과 교수가 이끄는 연구팀은 지난 연구 최종 평가에서 최우수 등급을 받았음에도 불구하고 한국연구재단의 우수연구자교류지원사업에서 탈락하여 연구 중단 위기에 직면했다. 이 연구팀이 관측하는 우주선은 우주공간에서 지구로 끊임없이 도달하는 다양한 입자와 방사선으로, 이를 통해 암흑물질을 비롯한 미지의 우주 구성물질을 규명하는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 그러나 아쉽게도 2023년 1월, 연구비 확보의 불확실성으로 인해 박 교수 연구팀의 연구가 중단됐다. 결과적으로 한국 연구팀은 최소 1~2년 동안 TA 코퍼레이션 국제 공동 연구에 기여할 수 없게 됐다.
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입자물리학, 양자 우주 탐사 위한 10개년 계획 공개
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중국, 지하 2400ｍ에 세계 최대 암흑물질 탐사 연구시설 가동
- 중국이 쓰촨성 진핑산 지하 2400ｍ에 암흑물질(dark matter) 탐사를 위한 세계 최대 지하 연구시설을 가동했다. 사우스차이나 모닝 포스트(SCMP)는 7일(현지시간) 중국 관영 신화통신을 인용, 쓰촨성 진핑산에서 지하 2400ｍ에 위치한 33만㎡ 규모의 세계 최대 초심층 연구실 '중국 진핑 지하 실험실(China Jinping Underground Lab)'이 이날 가동을 시작했다고 보도했다. 진핑 지하 실험실은 올림픽 수영 경기장 120개에 해당하는 규모로, 이전까지 최대 지하실험실 이었던 이탈리아 그란 사소 국립실험실(Gran Sasso National Laboratory)의 약 두 배 크기다. 이 실험실은 2010년 1단계 공사에서 4000㎡ 규모로 건설됐으며 2020년 12월 칭화대 등과 함께 2단계 확장 공사를 시작해 3년만에 완공됐다. 실험실은 터널을 통해 자동차로 접근할 수 있다. 세계에서 가장 깊은 땅속에 위치한 이 실험실은 다른 곳에서는 접할 수 없는 특별하고 조용한 청정 실험 환경을 제공한다. 대부분의 우주선(cosmic ray)을 차단하는 극도의 깊이에 위치한 이 연구실은 과학자들이 우주 구성 총물질의 약 26%를 차지한다고 여겨지는 보이지 않는 물질인 암흑물질 탐지에 이상적인 '초(ultra)청정'한 환경을 조성하는 것으로 알려졌다. 암흑물질은 우주를 구성하는 총 물질의 26.8%를 차지하는 정체불명의 물질이다. 유럽 핵연구기구(CERN)에 따르면 암흑 물질은 빛을 흡수, 반사 또는 방출하지 않기 때문에 발견하기가 매우 어렵다. CERN은 미지의 물질인 암흑물질을 연구하는 장비를 보유하고 있다. CERN의 강력한 입자 가속기인 대형 강입자 충돌기는 프랑스-스위스 국경의 제네바 인근 지하 100m에 위치해 있다. 이 충돌기는 국제 연구자들이 암흑물질을 찾는 데 사용된다. 과학자들은 암흑물질이 가시 물질에 미치는 중력 효과를 통해 암흑물질의 존재를 추론할 수 있었다. 즉 암흑물질은 전파나 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선 등과 같은 전자기파로도 관측되지 않으며 오로지 중력을 통해서만 존재를 인식할 수 있는 가설상의 물질이다. 암흑물질은 우주생성 초기부터 널리 존재하면서 은하의 구조 등을 결정하는 중요한 역할을 한 것으로 알려졌으나 빛을 내지 않고 다른 물질과 거의 반응하지 않기 때문에 관측이 대단히 어렵다. 암흑물질의 수수께끼를 풀면 연구자들이 우주의 구성과 은하가 어떻게 서로 결합하는지 더 잘 이해할 수 있을 것으로 보인다. 과학자들은 눈에 보이는 물질은 우주 전체 질량의 5%만을 차지하고 나머지 95%는 암흑물질과 암흑에너지라고 추정한다. 2010년 진핑 연구소의 1단계 공사가 완공되었을 때 약 4000㎥의 규모였다. 칭화대학교와 국영 야롱강 수력발전회사가 공동으로 2단계 공사를 2020년 12월에 시작했다. 칭화대 웨첸(Yue Qian) 교수는 신화통신에 "진핑 실험실은 지구 표면 우주선의 1억분의 1에 해당하는 극소량의 우주선에만 노출되기 때문에 암흑물질 연구를 위한 초청정한 공간을 제공한다"고 말했다. 또 "실험실 내 환경 방사선과 자연 발생 방사성 가스 라돈의 농도가 극도로 낮은 것도 암흑물질 탐지를 향상시킬 수 있다"면서 "우리는 가장 중요한 과학적 탐구에 착수할 수 있다"고 말했다. 그는 "이 연구실이 입자 물리학, 핵 천체 물리학, 우주론, 생명 과학 및 암석 역학 분야 등의 학제간 연구를 지원할 것"이라고 덧붙였다. 신화통신은 칭화대, 상하이 교통대, 베이징 사범대학의 과학자와 중국원자력연구소, 중국과학원 암석 및 토양 역학 연구소 등으로 구성된 10개의 연구팀이 이미 이 시설에 주둔했다고 전했다. 한편, 한국은 강원도 정선군의 예미산 지하 1000미터에 위치한 세계적 수준의 고심도 지하실험시설 '예미랩'에서 우주의 비밀을 밝히고 있다. 이곳에서는 '암흑물질'과 우주를 구성하는 기본 입자인 '중성미자' 연구 등이 진행되고 있다.
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중국, 지하 2400ｍ에 세계 최대 암흑물질 탐사 연구시설 가동
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핵융합에너지 시대는 누가 주도할 것인가?
- 신냉전 시대에 접어든 현재, 미국과 중국, 러시아, 이란 등은 핵무기를 탑재한 극초음속 미사일을 개발해 실전에 배치하면서 긴장감을 증폭시키고 있다. 그러나 중요한 것은 핵 기술은 전쟁용 무기로만 사용되는 것뿐만 아니라, 청정에너지원으로서도 중요한 역할을 하고 있다는 점이다. 전세계적으로 증가하는 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 핵에너지는 경제적 가치가 높으며, 핵 에너지 기술 선점을 두고 국가간의 관심이 집중되고 있다. 미국 경제매체 포브스에 따르면, 1920년 영국의 천체물리학자 아서 에딩턴(Arthur Eddington)은 별이 수소 원자를 헬륨으로 융합시키며 에너지를 발생시킨다고 주장했다. 이후 1939년 핵물리학의 선구자인 한스 베테(Hans Bethe)는 에딩턴의 이론을 뒷받침하는 과정을 확인했다. 마침내 2022년 12월 5일, 로렌스 리버모어 국립 연구소의 미국 에너지부 국립 점화 시설(NIF) 과학자들은 실험실에서 처음으로 이 이론을 증명했다. 그들은 태양의 에너지 생산 과정을 재현하여, 태양이 생성하는 것보다 더 많은 에너지를 발생시키는 핵융합 반응인 '융합 점화'를 달성하는 데 성공했다. 이들은 지난 7월에도 핵융합 점화에 성공하며 이 분야에 중요한 진전을 이루었다. 핵융합 기술은 기존 전력망을 통해 모든 지역에 저렴하고 무한한 청정 에너지를 공급할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있다. 이 기술은 수조 달러 규모의 시장을 창출할 수 있으며, 2050년까지 거의 50% 증가할 것으로 예상되는 전세계 에너지 수요를 충족시킬 수 있을 것으로 보인다. 핵융합 에너지 경쟁의 시작 영국과 독일, 프랑스, 한국, 일본에서는 핵융합 에너지 프로그램이 진행 중이다. 중국은 21세기 세계 패권을 놓고 미국과 경쟁하는 과정에서 핵융합이 막대한 영향을 미칠 것으로 보고 내다보고 있다. 이미 중국은 지난 10년 동안 다른 어떤 나라보다 더 많은 핵융합 기술 특허를 출원한 것으로 알려졌다. 현재 전 세계적으로 알려진 융합 기업은 43개이며, 융합 산업 협회(Fusion Industry Association)에 따르면 융합 산업은 60억 달러(약 7조7940억원) 이상의 자금을 유치했다. 이들 중 미국은 경주에서 가장 많은 주자를 보유하고 있음에도 현재 직면한 수많은 문제를 해결하기에는 규모가 너무 작다. 최근 미국 에너지부는 핵융합 파일럿 플랜트 건설을 위한 과학 및 기술 문제를 해결하기 위한 응용 R&D 자금을 지원하기 위해 마일스톤 기반 핵융합 개발 프로그램에 따라 이들 미국 기업 중 8곳에 4,300만 달러(약 558억 5700만원)를 지원한다고 발표했다. 이 회사는 1년 6개월 이내에 사전 개념 설계와 핵융합 파일럿 플랜트 실현을 위한 로드맵을 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 이는 미국을 핵융합 기술의 리더로 만드는 중요한 단계다. 미국, 핵융합 기술 리더로 나설 때 역사적으로 에너지 기술의 상용화 경로는 30~50년이 걸렸다. 현재 핵융합 에너지는 중요한 전환점에 도달했다. 이를 그리드에 적용하기 위한 예상 기간은 10년에서 20년 이상이다. 백악관과 많은 기업은 2030년대 초반을 목표로 하고 있으며, 몇몇 핵융합 스타트업은 훨씬 더 공격적인 일정을 가지고 있다. 포브스는 미 연방정부의 지원을 통해 여러 분야에서 동시에 진전을 이루고 10~15년 이내에 개념 증명에서 확장까지의 일정을 단축하기 위해 전국적인 노력으로 전환하고 높은 속도로 전환해야 할 때라고 강조했다. 케네디 대통령은 1961년 인류 역사상 가장 야심찬 공학적 업적 중 하나로 사람을 달에 보내고 안전하게 지구로 귀환시키는 일에 도전했다. 그 목표를 달성하기 위해 2만 개의 산업체와 대학이 동원됐다. 최근 비용 분석에 따르면 아폴로 프로그램을 완료하는 데 거의 260억 달러가 지출된 것으로 나타났다. 이를 2020년 미국 달러로 환산하면 무려 2570억 달러(약 333조8430억원)가 소요됐다. 이러한 엄청난 노력은 우주 시대에 미국이 리더십을 발휘하고 글로벌 항공우주 시장에서 우위를 점할 수 있는 기반을 마련하는 데 도움이 됐다는 평가다. 미국은 항공기 및 우주선 제조 분야에서 전 세계 부가가치의 55%를 차지하고 있으며, 중국은 8%의 점유율로 그 뒤를 이었다. 포브스는 상업적인 융합을 달성하려면 극복해야 할 어려운 과학 및 공학적 과제가 있으며 어떤 개념이 승자가 될지는 불확실하다고 지적했다. 다만, 오클라호마 대학교 연구 및 파트너십 담당 부사장인 토마스 디아즈 드 라 루비아(Tomás Díaz de la Rubia)는 "핵융합 에너지의 상업적 개발의 성공은 역사상 가장 심오한 변화 중 하나가 될 것이며, 퓨젼은 깨끗하고 지속 가능한 기저부하와 안전한 에너지원을 제공할 것”이라며 “이를 통해 지구를 정복하면 에너지 부족에서 풍요로의 변화를 가져올 것이다"라고 말했다. 포브스는 핵융합 혁명을 주도하는 국가는 엄청난 경제 호황과 에너지 안보를 누릴 뿐만 아니라, 에너지가 오랫동안 동맹과 경쟁, 갈등을 형성해 왔기 때문에 엄청난 지정학적 힘을 얻게 될 것이라고 설명했다.
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핵융합에너지 시대는 누가 주도할 것인가?
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3D 프린팅 드론, 최대 마하7 속도로 우주 궤도 진입 전망
- 최근 3D 프린팅 기술로 제작된 드론이 극도로 빠른 속도로 비행할 수 있어, 우주 궤도에 곧 진입할 수 있을 것이라는 전망이 나왔다. 에너지 관련 전문매체 '인터레스팅 엔지니어링'에 따르면, 발사 서비스 및 우주 시스템 분야의 선두주자인 로켓 랩 유에스에이(Rocket Lab USA, Inc, RKLB)社가 3D 프린팅 드론인 다트 에이이(DART AE) 개발에 착수했다고 보도했다. RKLB의 이 연구는 단순히 별에 도달하는 것을 넘어서, 전례 없는 속도의 발사체 개발에 초점을 맞추고 있다. 이 회사는 마하 7의 속도에 도달할 수 있는 극초음속 차량을 개발하는 HASTE(초음속 가속기 준궤도 테스트) 임무를 위해 미국 국방혁신부(DIU)와 새로운 계약을 체결했다고 발표했다. 이 임무는 하이퍼소닉(Hypersonix)이라는 스크램제트 구동 초음속 차량을 이용한 DART AE를 배치하는 것을 목표로 하며, 올해 로켓 랩이 체결한 7번째 준궤도 발사 계약을 의미한다. DART AE는 최대 마하 7(시속 약 8350km 또는 5320마일)의 놀라운 속도로 비탄도 비행 패턴을 탐색할 수 있다는 것이 특징이다. 로켓 랩의 이번 임무, '극초음속 및 고주율 공중 테스트 역량(HyCat) 프로젝트'로 명명되었으며, 지구 대기 내 상승하는 동안 하이퍼소닉의 페이로드를 배치하는 것을 포함해 HASTE 임무의 '직접 주입' 기능을 시연할 예정이다. 이 회사의 HASTE 준궤도 발사체는 단순히 이전에 성공적이었던 '일렉트론' 로켓의 변형된 버전이 아니라, 극초음속 페이로드 배치 방식에서의 패러다임 변화를 상징하는 새로운 혁신으로 평가된다. 2006년 설립된 로켓 랩은 엔드 투 엔드 우주 서비스를 제공하는 인상적인 실적을 가진 회사로서, 우주 산업 분야에서 높은 명성을 얻고 있다. 캘리포니아주 롱비치에 본사를 두고 있는 이 회사는 일렉트론 소형 궤도 발사체인 '포턴(Photon) 위성 플랫폼'을 설계 및 제조했으며, 현재는 대형 '뉴트론(Neutron)' 발사체를 개발하고 있다. 일렉트론은 전 세계에서 가장 빈번하게 출시되는 상업용 소형 발사체 중 하나로, 그 장점은 비용 효율적인 진정한 상업적 테스트 기능을 제공한다는 점이다. HASTE 준궤도 발사체는 우주 탐사의 새로운 지평을 여는 동시에 우주 탐사를 더 빠르고, 쉽고, 경제적으로 만들겠다는 로켓 랩의 목표와 약속을 잘 보여주는 예이다. 로켓 랩이 전액 출자한 자회사인 로켓 랩 내셔널 시큐어리티(Rocket Lab National Security, RLNS)가 주관하는 HASTE 임무는 미국 국방 및 정보 커뮤니티의 자체 요구 사항을 충족하기 위한 회사의 지속적인 노력을 대변한다. DIU는 하이퍼소닉스와의 협력을 통해 RLNS를 HyCat 프로젝트의 핵심 파트너로 선정했다. 이는 로켓 랩이 극초음속 기술 및 개념 개발을 가속화하는 데 중요한 역할을 하며, 국방 및 정보 부문의 엄격한 요구 사항을 충족하는 능력을 인정받는 것을 의미한다. 2018년 첫 궤도 발사 이후, 로켓 랩의 일렉트론 발사체는 국방뿐만 아니라 연구 및 통신 분야에서도 활약하며 공공 및 민간 부문 조직을 위해 171개의 위성을 궤도에 성공적으로 배치했다. 이러한 성공을 바탕으로, 로켓 랩의 포턴 우주선 플랫폼은 NASA의 달과 화성 탐사 임무에 기여하고, 금성에 대한 최초의 민간 상업 임무에서 중요한 역할을 수행할 것으로 기대된다. 한편, 로켓 랩은 올해 3분기에 6800만 달러(한화 약 883억3200만원)의 수익을 기록했으며, 이 중 4630만 달러(한화 약 601억4370만원)는 우주 시스템 부문의 성과로 이루어진 것으로, 전년 동기 대비 17% 증가한 수치를 보여준다. 우주 시스템 사업부는 스타 트랙커, 리액션 바퀴, 태양 전지판 등의 부품 판매뿐만 아니라 우주선 전체 및 바르다 스페이스, 나사 등의 고객에게 포톤 위성 버스를 포함한 다양한 제품을 제공하고 있다.
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- 산업
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3D 프린팅 드론, 최대 마하7 속도로 우주 궤도 진입 전망
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스페이스X 대형우주선 '스타십' 두 번째 발사도 실패⋯머스크 "축하" 트윗
- 일론 머스크가 이끄는 우주 개발 기업 스페이스X는 18일(현지시간) 대형 우주선 '스타십'(Starship)의 두 번째 지구궤도 시험비행이 실패했다고 발표했다. 이날 오전 7시 3분, 미국 텍사스주 보카 치카의 스타베이스 발사시설에서 스타십이 발사됐다. AP 통신과 다른 뉴스 소스에 따르면, 발사 3분 후, 스타십은 수직으로 상승하며 2단 로켓의 아랫부분인 '슈퍼 헤비'가 분리되었다. 이후 스타십은 90km(55마일) 상공으로 치솟아 우주 궤도 진입을 시도했다. 그러나 '슈퍼 헤비' 로켓은 분리 직후 멕시코만 상공에서 폭발했다. 우주선 부스터는 분리 후 우주에 도달하여 궤도 진입을 시도하는 도중, 발사 8분 만에 통신이 두절됐다. 스페이스X의 존 인스프러커 수석 통합 엔지니어는 "두 번째 단계의 데이터를 잃어버렸다"며 부스터와의 통신이 단절된 것으로 보인다고 밝혔다. 이에 따라 스페이스X는 스타십의 자폭 기능(self-destruct)을 활성화시켰다. 이 기능은 스타십이 예정된 경로를 벗어나지 않도록 하기 위한 조치다. 스타십은 원래 240km 상공 지구 궤도에 진입한 후, 약 1시간 반 만에 하와이 인근 태평양에 착륙할 예정이었다. 이번 실패로 스페이스X는 다시 한 번 중대한 도전에 직면하게 되었다. 스페이스X는 최근 스타십의 지구궤도 시험 비행과 관련하여, "슈퍼 헤비 부스터와 우주선이 계획보다 빠르게 분리됐다"고 분석하며, 이러한 상황에도 불구하고 "믿을 수 없을 정도로 성공적인 날이었다"고 평가했다. 이는 기술적인 난관에도 불구하고 이루어낸 진전을 강조하는 발언으로 보인다. 일론 머스크는 발사 현장에서 직접 스타십의 발사를 지켜보며, 발사 후 자신의 SNS 계정을 통해 "스페이스X 팀, 축하합니다"라고 전했다. 이는 팀의 노력과 진전을 인정하는 동시에 그들의 노력을 격려하는 메시지로 해석된다. 이번 시험 비행은 당초 17일에 예정되어 있었으나, 일부 부품 교체로 인해 하루 연기되었다. 이러한 조정은 우주 비행의 복잡성과 미세한 조정의 필요성을 반영한다. 스페이스X는 이번 시험 발사 실패의 원인 분석에 착수할 예정이다. 미국 연방항공청(FAA)은 이 사건에 대한 조사를 감독하며, 이는 항공우주 산업의 안전과 발전을 위한 중요한 단계로 여겨진다. 이번 시험 발사는 지난 4월 20일 첫 발사 실패 이후 두 번째 시도다. 지난 4월 첫 시도보다는 두 배가량 비행했다. 지난 4월 첫 시도에서는 스타십이 이륙 후 하단의 슈퍼헤비 로켓과 분리되지 못하고 약 4분 만에 공중에서 폭발해 실패로 돌아갔다. 빌 넬슨 미국 항공우주국(NASA) 국장은 자신의 SNS 계정을 통해 "우주비행은 '할 수 있다'는 자세와 굉장한 혁신을 요구하는 어려운 모험"임을 언급하며, "오늘의 시험 비행은 배움의 기회"라고 말했다. 그는 또한 "NASA와 스페이스X는 인간을 달, 화성, 그 너머로 데려갈 것"이라며 미래에 대한 기대를 표현했다.
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- 산업
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스페이스X 대형우주선 '스타십' 두 번째 발사도 실패⋯머스크 "축하" 트윗
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나사, 최신 우주 망원경으로 4억5천만 개 은하 조사...우주지도 작성 목표
- 미국 항공우주국(NASA)의 새로운 우주 탐사 프로젝트인 SPHEREx 망원경이 우주 지도 작성을 위한 중요 단계에 진입했다고 과학 전문 매체 사이테크데일리가 15일(현지시간) 보도했다. 사이테크데일리에 따르면, SPHEREx는 지금까지 볼 수 없었던 방식으로 우주의 지도를 작성할 계획이며, 현재 지구 궤도에 도착해 전체 하늘의 지도를 그릴 준비를 하고 있다. '우주의 역사, 재이온화 시대 및 빙결체 탐사를 위한 분광-광도계(Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer)'로 알려진 SPHEREx는 약 2.6미터(8.5피트) 높이와 3.2미터(10.5피트) 너비의 독특한 형태를 가진 망원경이다. 이 우주 망원경의 특이한 외형은 원뿔 모양의 광자 차폐막으로 만들어졌으며, 남부 캘리포니아에 위치한 NASA 제트 추진 연구소(Jet Propulsion Laboratory, JPL)의 클린룸에서 조립 중이다. 차폐막의 구조와 기능 나사의 SPHEREx 망원경은 태양과 지구로부터 오는 빛과 열을 차단하기 위해 세 개의 중첩된 원뿔 모양의 차폐막으로 둘러싸여 있다. 이 차폐막들은 각각 다른 크기의 원뿔 안에 위치새 망원경을 효과적으로 보호한다. SPHEREx는 하늘의 모든 영역을 스캔하여 매년 두 장의 상세한 천체 지도를 완성할 예정이다. JPL의 사라 수스카 뷔페이로드 관리자 겸 시스템 엔지니어는 "SPHEREx는 매우 빠른 속도로 하늘을 스캔해야 하기 때문에 높은 기동성이 요구된다"고 밝혔다. 그는 "차폐막은 보기에는 무겁게 보일 수 있지만 실제로는 매우 가볍고 여러 층의 재료로 구성되어 있다. 외부는 알루미늄 시트로, 내부는 알루미늄 벌집 구조로 되어 있어 가볍지만 견고하다"고 설명했다. 세부적인 미션 목표 2025년 4월까지 발사 예정인 SPHEREx는 과학자들이 생명에 필요한 주요 성분, 특히 물의 기원에 대한 더 깊은 이해를 제공할 것으로 기대된다. 이를 위해 SPHEREx 미션은 새로운 별이 탄생하고 행성이 형성되는 곳인 성간 가스와 먼지 구름 속의 물 얼음의 분포를 측정할 예정이다. 또한 우주 은하들이 내뿜는 빛의 양을 분석하여 은하의 역사를 연구할 계획이다. 이러한 관측을 통해 은하들이 언제 형성되기 시작했으며, 시간이 지남에 따라 그 형성 과정이 어떻게 변화했는지를 밝혀낼 수 있을 것이다. 또한, 수백만 은하의 위치를 서로에 대해 매핑함으로써, SPHEREx는 빅뱅 직후의 우주의 급격한 팽창, 또는 인플레이션이 어떻게 일어났는지에 대한 새로운 단서를 찾아 낼수 잇을 것으로 보인다. 냉각과 안정성 확보 SPHEREx는 적외선 광을 감지하여 다양한 임무를 수행할 예정이다. 적외선은 가시광선보다 긴 파장을 가지며 열 복사의 한 형태로도 알려져 있다. 모든 따뜻한 물체는 적외선을 방출하므로, 망원경 자체도 적외선을 생성할 수 있다. 이 적외선이 탐지기와 상호작용하면 문제가 될 수 있기 때문에, 망원경은 극도로 추운 상태인 섭씨 약 -210도(화씨 -350도) 이하로 유지되어야 한다. 망원경을 보호하는 외부 광자 차폐막은 태양과 지구로부터의 빛과 열을 차단하며, 각 뿔 사이의 공간은 열이 망원경 내부로 침투하는 것을 방지한다. 그러나 SPHEREx가 적절한 온도에 도달하도록 보장하기 위해서는 V-그루브 라디에이터라는 특별한 장치가 필요하다. 이 장치는 우산을 거꾸로 뒤집은 것처럼 생긴 세 개의 원뿔형 거울로 구성되어 있으며, 광자 차폐막 아래에 위치한다. 각 거울은 적외선 광을 우주로 튕겨내는 일련의 쐐기 모양으로 되어 있어, 실온의 우주선 버스에 위치한 컴퓨터와 전자 장치에서 발생하는 열을 제거하는 데 도움이 된다. JPL의 콘스탄틴 페나넨 페이로드 매니저 "우리는 SPHEREx가 얼마나 차가운지뿐만 아니라 온도가 일정하게 유지되는지도 중요하게 생각한다"라고 말했다. 그는 "온도가 변하면 감지기의 감도가 달라져 잘못된 신호로 해석될 수 있다"고 설명했다. 하늘을 관측하는 창 SPHEREx의 주요 구성요소인 망원경은 3개의 거울과 6개의 감지기를 통해 멀리 떨어진 광원으로부터 적외선을 수집한다. 이 망원경은 광자 차폐막이 제공하는 보호 범위 내에서 가능한 한 넓은 하늘 영역을 관측할 수 있도록 설계된 기울기 조절 받침대에 장착되어 있다. 콜로라도주 볼더의 볼 에어로스페이스에서 제작된 이 망원경은 지난 5월 캘리포니아주 패서디나의 칼텍(Caltech, 캘리포니아 공과대학교)에 도착해, 검출기 및 V-그루브 라디에이터와 통합됐다. JPL의 엔지니어들은 로켓 발사 시 견뎌야 할 진동 모사 테스트를 위해 진동 테이블에 망원경을 부착했다. 진동 테스트 후, 망원경은 다시 칼텍으로 이송되어 과학자들이 거울의 초점이 여전히 정확하게 맞춰져 있는지 확인할 수 있었다. SPHEREx의 적외선 '탐색 능력' SPHEREx 망원경 내부의 거울은 멀리 떨어진 물체로부터 빛을 모으는 역할을 하지만, 실제로 적외선 파장을 감지하는 것은 '검출기'다. 태양과 같은 별들은 전체 가시광선 범위의 빛을 방출한다. 이 빛은 프리즘을 통해 구성 파장, 즉 무지개 색상으로 분리될 수 있는데, 이를 분광학이라고 한다. SPHEREx는 검출기에 장착된 필터를 이용해 분광학적 분석을 수행한다. 각 필터는 무지개 색상처럼 보이는 여러 개의 세그먼트로 구성되어 있어 특정 적외선 파장을 제외한 모든 파장을 차단한다. SPHEREx가 관측하는 모든 물체는 이 세그먼트별로 이미지화되며, 과학자들은 별이든 은하든 해당 물체가 방출하는 특정 적외선 파장을 확인할 수 있다. 이 망원경은 100개 이상의 다양한 고유 파장을 관측할 수 있다. 이러한 기능을 통해 SPHEREx는 이전에 없던 우주 지도를 작성할 계획이다.
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나사, 최신 우주 망원경으로 4억5천만 개 은하 조사...우주지도 작성 목표
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NASA, 전기추진 시스템(AEPS) 자격 시험 성공
- 미국 항공우주국(NASA)과 항공우주 회사인 에어로제트 로켓다인(Aerojet Rocketdyne)사가 12킬로와트(kW) 태양 전기추진(SEP) 엔진인 고도의 전기추진 시스템(AEPS)에 대한 자격 시험을 성공적으로 완료했다고 유니버스 투데이(Universe Today)가 최근 보도했다. AEPS는 현재 제조 중인 전기추진(이온 추진이라고도 함) 시스템 중 가장 강력한 것으로, 달과 그 너머에 있는 장기 우주여행에 사용될 예정이다. 12킬로와는 1330개 이상의 LED 전구를 작동시킬 수 있을만큼 강력하며, 이번의 성공적인 자격 시험은 NASA가 지난 7월 자격 시험을 시작한 이후 이루어진 것이다. NASA의 글렌(Glenn) 연구 센터에서 AEPS 프로젝트 매니저를 맡고 있는 클레이튼 카셀은 "AEPS는 진정한 차세대 기술"이라며 "현재의 전기추진 시스템은 약 4.5킬로와트의 전력을 사용하는 반면, AEPS는 단일 추진기에서 전력을 크게 증가시킨다"고 말했다. 이어 "이 기능은 미래 우주 탐사를 위한 무한한 기회를 열어준다. AEPS는 우리를 더 멀리, 더 빠르게 이끌 것"이라고 덧붙였다. AEPS의 자격 시험에서 관찰된 엔진의 푸른 배기 플륨은 이온화된 제논 가스에서 생성된다. 기존의 화학 추진은 액체 추진제를 연료로 사용하여 매우 짧지만 강력한 에너지 폭발을 일으켜 우주선을 원하는 방향으로 추진한다. 반면, 전기 추진은 비활성 가스 추진제를 연료로 사용하여 에너지는 더 적지만 지속 시간이 길어 효율성이 높고 장기 우주 임무에 적합하다. NASA가 계획 중인 게이트웨이 우주 정거장에는 AEPS 기술이 중요한 역할을 할 예정이다. 게이트웨이의 파워 앤드 프로펄전 엘리먼트에 세 개의 AEPS 전기추진체를 장착하여 게이트웨이 주변의 원하는 궤도를 유지하고 지구와의 고속 통신 및 전체 우주 정거장에 대한 전력 공급 등 다양한 기능을 수행할 예정이다. 게이트웨이는 2025년 발사를 목표로 하고 있으며, NASA의 아르테미스 임무의 중요한 부분으로 국제 및 상업적인 파트너와 협력하여 몇 년 안에 달 남극에 도달할 예정이다. AEPS의 리드 엔지니어인 로히트 샤스트리(Rohit Shastry)는 "이 기술이 어떤 종류의 임무를 수행하게 될지 지켜보는 것이 흥미로울 것 같다. 우리는 지금까지 이루어진 것의 한계를 뛰어넘고 성능과 기회를 향상시키기 위해 큰 도약을 하고 있다"라고 말했다. AEPS는 태양 전기 엔진을 기반으로 하는 전기 추진 시스템이지만, 다른 형태의 전기 추진 시스템으로는 핵 반응기를 사용하는 핵 전기 추진(NEP)이 있다. AEPS는 현재 제작 중인 가장 강력한 전기 추진체이며, NASA는 이전에도 전기 추진을 딥스페이스 임무에 사용한 바 있다. 예를 들어 2015년 발사된 NASA의 던(Dawn) 우주선은 이온 추진 시스템을 사용한 최초의 과학 탐사선이었다. 던 우주선은 중량이 1240kg에 달하는 비교적 작은 탐사선으로 7년 반 동안 우주를 날아 소행성 베스트와 세레스를 탐사했다. 최근인 지난 10월 13일에 성공적으로 발사된 NASA의 프시케(Psyche) 탐사선은 태양 전기 추진을 사용한 것으로, 소행성 16 프시케로 가는 36억 킬로미터(22억 마일) 여행을 하고 있다. AEPS의 성공적인 자격 시험은 전기추진 기술의 발전에 있어 중요한 진전이며, 이는 미래 우주 탐사를 위한 새로운 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.
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NASA, 전기추진 시스템(AEPS) 자격 시험 성공
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[퓨처 Eyes(6)] SF가 현실로? 금속도 자가 치유한다
- 금속이 자체적으로 균열을 복구하는 모습이 관찰됐다. 10일(현지시간) 과학 전문 매체 '사이테크데일리'에 따르면, 텍사스 A&M대학교 마이클 뎀코비츠 박사가 예측했던 금속의 자가 치유 현상이 올여름에 발견되어 세계 과학자들을 충격에 빠뜨렸다. 연구 과정에서 아주 작은 백금 조각에 지속적인 스트레칭을 가하자 미세한 균열이 형성됐다. 항공기 사고나 교각 붕괴 등으로 이어지는 '금속의 피로' 현상의 균열 성장을 살펴보기 위해 설계된 이 실험은 처음에는 과학자들의 예상대로 진행됐다. 견고한 금속은 외부의 힘이 반복해서 작용하면 눈에 보이지 않는 미세한 균열이 발생하고, 마침내 부러지게 된다. 그러나 실험도중 예기치 않게, 균열이 더 이상 커지지 않고 오히려 줄어들기 시작하는 금속이 스스로를 '치유 복구'하는 모습이 관찰됐다. 금속의 피로 현상은 교각이나 건축물이 망가지거나, 항공기의 부품 파손 등 기계가 손상되는 주요 원인으로 꼽힌다. 그로 인해 학계는 금속 피로 현상을 스스로 복구하는 소재 개발에 집중해왔다. 미국 샌디아 국립연구소(SNL)의 연구팀은 올 여름 나노 결정질 금속의 균열 실험 중 놀라운 금속 자가치유 현상을 발견했다. 그 결과는 국제 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 금속의 이런 자가 복구 능력은 지금까지 공상 과학 소설에서나 나올 법한 이야기로 여겨졌다. 하지만, 텍사스 A&M 대학의 재료 과학 및 공학부 교수이자 이 연구의 공동 저자인 마이클 뎀코비츠 박사는 그런 가정을 뒤엎는 놀라운 발견을 했다. '금속 피로 복구' 10년 전 예측이 현실로 뎀코비츠 박사와 그의 팀은 10년 전 매사추세츠 공과대학의 조교수 시절 이미 금속의 자가 치유 현상을 예상했다. 당시 뎀코비츠 교수는 일정 조건이 갖춰지면 비록 나노 수준이지만 금속의 균열 복구가 이론적으로 가능하다고 주장했다. 뎀코비츠 박사는 "처음엔 금속의 치유나 복구를 목표로 한 것은 아니다. 저의 제자 구오샹 쉬가 골절에 관한 시뮬레이션을 진행 중이었다"며 회상했다. 이어 "우연히 시뮬레이션에서 금속의 자연 치유 현상을 발견, 이에 대한 추가 연구를 시작하기로 결정했다"고 덧붙였다. 2013년 당시의 연구 결과도 이번만큼이나 눈길을 끌었다. 특수 전자현미경인 투과형 전자 현미경기술이 발달하면서 금속의 나노 스케일 피로 균열 관찰이 가능해진 점도 이 현상을 발견하는 데 도움이 됐다. 뎀코비츠 박사의 공동 연구팀은 금속 피로현상 조사 과정에서 백금의 자가치유 능력을 발견했다. 뎀코비츠 박사는 "진공 상태의 백금 조각에 나노 스케일의 균열을 내고 이를 초당 200회 당겨 군열 변화를 관찰했다며 실험 시작 40분 뒤 백금 표면의 균열이 복구됐다"고 설명했다. 그는 "당시 나와 우리 팀, 동료들까지도 모두 이 이론에 대해 의구심을 가지고 있었다"고 회상했다. 그렇지만, 그의 시뮬레이션은 이후 몇 년 간 여러 연구자들에게 검증되며 확장되어왔다. 뎀코비츠 박사는 "다른 연구자들도 같은 결과를 시뮬레이션에서 확인해, 우리의 모델링에 오류가 없다는 것이 확실해졌다"면서도 "그럼에도 불구하고, 지금까지 실제 실험은 이루어지지 않았다"고 덧붙였다. 2013년의 모델과 최근의 실험에서는 둘다 나노 단위로 결정 구조나 입자 크기가 측정되는 나노결정 금속이 사용됐다. 이 단위는 100만분의 1밀리미터(mm)를 의미한다. 뎀코비츠 박사에 따르면, 이러한 나노결정 금속은 엔지니어링에서는 널리 활용되지 않지만 대다수의 금속을 이 형태로 제작할 수 있다. 뎀코비츠는 나노 결정 금속의 작은 입자 크기 때문에 더 많은 미세 구조적 특징이 있어, 균열 사이의 상호작용이 쉽게 일어난다고 설명했다. 이는 자가 치유 연구를 용이하게 했다. 두 연구에서 모두 입자 경계의 이동 방향이 균열의 치유에 영향을 미친다는 공통점을 발견했다. 뎀코비츠 박사는 이런 특징이 다양한 금속과 합금에서도 확인될 수 있으며, 조절이 가능하다고 말했다. 진공 환경에서 실험 성공 뎀코비츠 박사는 "현재 연구의 주요 성과는 이론적 예측이 단순히 '도면 상의 아이디어'에서 벗어나 실제로 가능하다는 것을 입증한 것"이라고 강조했다. 그는 "아직 우리는 자가 치유를 위한 미세 구조의 최적화 작업에 발을 들이지도 않았다. 어떤 구조적 변화가 금속의 자가 치유를 더욱 촉진시킬지를 파악하는 것은 앞으로의 연구에서의 큰 도전"이라고 말했다. 이 연구의 발전 가능성은 매우 광범위하다. 뎀코비츠는 입자 크기의 더 큰 일반적인 금속에서도 이런 자가 치유 과정이 일어날 수 있을 것이라고 지적하면서, 그에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 밝혔다. 2013년의 이론과 최근 실험 사이의 주요 연결점은 둘 다 외부 물질이 혼입되지 않는 진공 상태에서 이루어졌다. 외부 요소는 금속의 균열 표면이 재결합하거나 냉간 용접 과정을 방해할 수 있기 때문이다. 이런 제한사항에도 불구하고, 이 기술은 우주선 혹은 외부 대기로부터 보호되는 내부 균열처럼 특정 환경에서는 유용하게 활용될 수 있다. 10년이 흐른 지금, 뎀코비츠의 금속 자가치유 초기 이론은 샌디아 국립연구소의 실험을 통해 그 가치가 입증됐다. 이번 연구를 통해, 뎀코비츠는 최근에 관찰된 결과가 그의 초기 시뮬레이션 모델과 일치함을 확인할 수 있었다. 뎀코비츠 박사는 "이 실험은 진정으로 놀랍다. 이론적 측면에서도 의미가 크다"고 말했다. 그는 "물질의 복잡한 특성으로 인해 자신있게 새로운 현상을 예측하는 것은 종종 매우 어려운 일이다. 이번 발견은 물질의 반응에 대한 우리의 이론적 접근이 옳은 방향을 향하고 있다는 확신을 갖게 해준다"고 말했다. '퓨처 아이즈(Future Eyes)'는 지금까지 경험하지 못한 혁신 기술이 어떻게 새로운 세상을 창조하는지 탐색한다. 애플의 아이폰은 휴대폰 산업의 판도를 바꾸었으며, 오픈AI의 챗GPT는 AI의 유행을 일으키며 우리의 일상과 기업 환경에 변화를 가져왔다. 메타버스부터 플라잉카, 휴머노이드 로봇, 양자 컴퓨팅, 핵 융합에 이르기까지, 이 시리즈는 혁신적인 기술과 그것이 우리 생활에 미치는 영향을 짚어본다.
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[퓨처 Eyes(6)] SF가 현실로? 금속도 자가 치유한다
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英 스타트업 스페이스 포지, 반도체 제조 위성 연말 발사
- 영국의 스타트업 스페이스 포지(Space Forge)가 반도체 제조 위성 발사준비를 하고 있다고 영국 매체 더넥스트웹(thenextweb)이 지난 3일(현지시간) 보도했다. 스페이스 포지는 웨일스 카디프에 본사를 둔 영국의 항공우주 제조 회사다. 스페이스 포지의 첫 번째 위성은 지난 1월 버진 오빗의 영국 로켓 발사 실패로 유실됐다. 스페이스 포지는 반도체 제조 위성을 궤도에 올리기 위한 두 번째 발사를 준비하고 있다. 새로운 위성으로 알려진 '포지스타-1(ForgeStar-1)'은 올해 말이나 내년 초에 미국에서 발사될 예정이다. 이 위성에는 화학 화합물을 원격으로 혼합하고 반도체 합금을 개발할 수 있는 자동화된 화학 실험실이 탑재되어 있다. 우주는 높은 수준의 방사선, 미세 중력, 진공에 가까운 상태로 지구에서는 불가능한 새로운 제조 방법이나 소재를 개발할 수 있는 독특한 연구 개발 환경을 제공한다. 스페이스 포지는 최근 미국의 거대 항공우주 기업인 노스롭 그루먼과 협력 계약을 체결하여 노스롭이 지구에 있는 공장에서 컴퓨터 칩으로 개발할 수 있도록 우주에서 만든 반도체 기판을 제공하기로 했다. 이 스타트업은 향후 반도체, 의약품, 복합 재료 등을 우주에서 제조할 수 있기를 기대하고 있다. 스페이스 포지의 미국 상무이사 앤드류 팔록은 지난 8월 "다음 산업 혁명은 우주에서 일어날 것"이라고 발표했다. 버진은 지난 1월 영국 콘월에서 버진 오빗의 임무를 수행하기 위해 웨일즈에서 만든 최초의 위성인 우주선 발사를 처음 시도했다. 하지만 이 위성과 탑재된 다른 8개의 위성은 버진의 발사체에 이상이 발생해 궤도 진입에 실패하면서 유실됐다. 현재까지 1000만 달러의 위성을 발사한 스페이스 포지는 이제 두 번째 발사 시도에 매진하고 있다. 유럽우주국의 혁신 프로그램의 지원을 받는 이 임무는 스페이스 포지의 제조 기술을 입증하고 안전한 재진입 기술을 포함한 다른 핵심 기술을 증명하는 것을 목표로 한다. 그런데, 마이크로파 크기의 포지스타-1은 지구로 귀환하도록 설계되지 않았다. 그로 인해 지구로 재료를 다시 보내지 않고, 다만 실험 결과를 과학자들에게 디지털 방식으로 전송할 예정이다. 포지스타(ForgeStar)는 반도체와 의약품 생산에 미세 중력을 활용하는 궤도상 제조 위성 플랫폼이다. 존 웨스턴 스페이스 포지 설립자이자 CEO는 BBC와의 인터뷰에서 "컴퓨터 칩을 만드는 더 나은 반도체를 우주 환경에서 만들어 지구로 안전하게 귀환시킬 수 있다는 것을 입증하는 것이 포지스타-1의 목표"라고 말했다. 한편, 이 회사의 차기 위성은 극한의 온도에서 탑재체를 보호하는 두 가지 특허 기술을 사용해 대기권을 통과하는 불꽃 속에서도 안전하게 지구로 제품을 회수할 수 있도록 제작될 예정이다. 웨스턴은 스페이스 포지에서 제작하는 첫 번째 지구 귀환 위성이 향후 2~3년 안에 발사될 수 있을 것으로 전망했다.
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英 스타트업 스페이스 포지, 반도체 제조 위성 연말 발사
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