우주로 가는 케이블, 스카이훅 (KISTI)

우주로 가는 것은 어려운 일입니다.
지금으로서는 마치 가방에 폭발물을 잔뜩 진 채로 외발자전거를 타고 산을 오르는 것과 같습니다. 믿을수 없을 정도로 느리고 많은 짐을 옮길 수도 없으며 심지어 죽을 수도 있습니다.

지구를 탈출하기 위해 로켓은 시속 4만km정도의 속력에 도달해야 합니다. 그 정도 속력에 도달하기 위해 로켓의 대부분은 연료로 차있으며 매우 작은 부분만을 화물에 사용할 수 있습니다. 다른 행성으로 가려고 한다면 이건 매우 안 좋은 상황입니다. 왜냐하면 아주 많은 물품이 단지 생존하기 위해서 뿐만 아니라 다시 돌아오기 위해서도 필요하기 때문이죠.

더 적은 연료로 더 많은 화물을 우주로 보내는 방법은 없을까요? 기반시설(인프라)은 지구상의 운송문제를 훌륭하게 해결해왔습니다. 도로나 항구, 철도 같은 인프라 덕에 우리는 이동을 더 쉽게 할 수 있게 되었습니다. 우리는 우주여행에도 같은 방법을 적용해 볼 수 있습니다.

우주 인프라는 지구 궤도와 달 또는 화성이나 더 먼 곳으로 가는 일을 훨씬 쉽고 경제적으로 만들어 줄겁니다. 좋습니다, 그런데 도대체 우주 인프라가 정확히 무엇이죠? 지금으로서는 공상과학인 우주 엘리베이터와 달리 간단하지만 실현가능한 방법이 하나 있습니다 이 방법은 새로운 과학이나 마법같은 소재 또는 막대한 투자를 필요로 하지 않는데다가 궤도에서 이미 성공적으로 테스트 되기도 했습니다.

케이블과 중량추입니다. 테더(Tether)라고 알려진 이 개념은 놀라울 정도로 간단합니다. 줄을 수백에서 수천 킬로미터만큼 우주공간으로 끌고 갑니다. 그리고 우주선이 그 줄을 사다리처럼 이용해서 높이와 속도를 얻을 수 있게 해줍니다. 이 개념은 스카이후크(Skyhook)라는 이름으로 알려져있습니다. 이것을 회전하게 만들면 훨씬 더 잘 작동합니다. 무게추가 케이블을 한 자리에 고정한 상태로 원을 그리며 회전합니다. 회전하는 테더의 끝은 투석기(케터펄트,트레뷰셋)처럼 지표면에 가까워지며 속도가 느려지고 위로 올라가면서 속도가 빨라집니다. 이것은 당신이 테더로부터 에너지를 얻을 수 있다는 것을 의미하며 곧 공짜로 막대한 속도를 얻을 수 있다는 것을 의미합니다. 이때 그 속도는 테더의 회전속도의 두배와 같습니다.

스카이후크에 가해지는 장력을 견딜 수 있는 특수제작된 섬유는 이미 존재합니다. 우주 잔해나 운석에 의해 의해 잘려지는 것을 막기 위해, 추가적인 특수섬유 그물로 감쌀 수도 있을 것입니다. 스카이 후크가 같은 장소를 하루에도 몇 번 씩 지나가기에 스카이후크와 도킹하기 위한 작고, 재사용할 수 있는 셔틀을 사용할 수 있습니다 물론, 그렇게 쉬운 일은 아닙니다 이렇게 낮은 지점에서는 테더의 끝은 시속 12,000km로 대기를 가로지를것 입니다

지구의 대기 때문에 스카이 후크를 더 낮게 설치할 수 없고, 더 낮아지게 된다면 대기마찰로 인해 뜨거워질 것입니다 그렇기에 80~150km 정도에 설치하며, 그 이하로는 더 내려갈 수 없습니다 이러한 고도에 맞추려면 테더에 도달할 수 있는 특수한 우주선이 필요할 것입니다 글쎄요, 그렇게 쉬운 일은 아니지만 시속 4만km로 가기 위해 빈 깡통을 가득 채운 로켓 연료보다는 저렴합니다

테더의 끝을 잡는것도 어려운 일 입니다 하늘에서 마하 2(음속의 2배)로 움직이는 작은 물체를 잡기 위한 기회는 60 ~ 90초 밖에 없습니다 이를 더 쉽게 하기 위해서 테더의 끝에는 낚시줄처럼 1km나 늘어진 줄이 있는데 우주선이 연결하기 쉽도록 도와주는 드론이 설치되어 있습니다

다른 문제는 스카이 훅을 궤도상에 유지시키는 것입니다 더 많은 우주선들을 걸어서 위로 발사할수록 스카이 훅은 궤도를 유지하기 위한 모멘트 (회전운동 에너지)를 사용하게 됩니다 만약 아무것도 하지 않는다면, 속도가 느려져서 대기와 충돌하게 됩니다 여기서 우주를 잠깐 속일 수 있습니다

스카이 훅은 궤도 에너지를 저장하는 저장소 입니다 들어오고 나가는 화물들을 적절히 조정할 수 있습니다 귀환하는 우주선은 사람과 물건들을 지구로 가져오고 테더에 운동 에너지를 더하며 그러한 에너지는 우주로 떠나는 다른 우주선에 제공될 수 있습니다. 이러한 방법으로 테더는 어떠한 에너지도 잃지 않습니다. 더 많이 사용할수록 더 저렴해집니다.

만약 매 가속마다 에너지를 잃고있다면 작은 전기나 화학 엔진을 사용하여 에너지를 회복하고 정기적으로 테더의 위치를 바로잡을 수 있습니다. 지구 궤도와 화성 궤도에 있는 한 쌍의 테더는 로켓을 사용했을 때에 비해 행성간의 이동을 빠르고 직선적이며 적은 비용으로 가능하게 할 것입니다.

지구의 테더는 저궤도에서 사람과 화물을 화성으로 날려줍니다. 화성의 테더는 그들을 잡아서 표면에 착륙시키기 위해 속도를 늦춥니다. 반대 관점에서 보면, 테더는 화성의 얇은 대기 속에서 움직이며, 시속 1000km의 속도로 움직이는 우주선을 끌어올릴 수 있습니다.

지구의 비행기보다는 빠르지 않아도 다시 지구의 대기권 속으로 들어가기 위해 돌아올 수 있습니다. 테더는 9개월이나 걸리던 두 행성간의 여행을 5개월에서 3개월 정도까지 줄일 수 있으며 필요한 로켓의 크기 또한
84%~96%까지 줄일 수 있습니다

더 좋은 점은, 승객의 편의성에 더 투자함으로써 사람들이 더 고급스러운 여행을 할 수도 있을겁니다. 테더 여행은 화성 관광의 1등석이 될 수 있습니다. 지구와 화성 궤도의 테더는 빠르고 가성비 좋은 운송의 중추를 제공해서 우주여행을 저렴하게 만들 것입니다.

하지만 여기서 좀 더 대담해져 봅시다. 화성 저궤도에서 시작한다면, 테더는 우주선을 소행성 지대까지 가속시킬 수 있습니다. 소행성으로 보내진 첫번째 우주선은 목표지점에서 감속할 로켓엔진이 필요할 것입니다.

다음에 도착한 우주선은 자신을 잡아줄 테더를 찾을 것이며 돌아갈때도 공짜로 보내줄 수 있습니다. 소행성에 저렴하게 접근할 수 있게 되는 것은 태양계의 자원을 이용하는데 있어서 주요한 점입니다. 귀중한 금속과 가치있는 미네랄들이 채굴된지 겨우 몇주정도만에 화성으로 보내질 수 있습니다. 그 자원들은 행성 문명화를 위한 완벽한 벽돌이 되어줄 것입니다.

하지만 여기서 멈춰야 할까요? 화성의 달(포보스, 데이모스)은 매우 편리합니다. 태양계에서 이보다 더 행성에 가까운 궤도에서 돌고있는 위성은 없습니다. 포보스는 엄청나게 무거워서, 속도가 느려질 걱정을 할 필요가 없어서 6000km에 달하는 초거대 테더(Super Tether)의 완벽한 무게추 역할을 할 수 있습니다. 낮은 지점의 스카이 후크는 화성 지표면 주변을 돌며, 우주선으로 잡기도 쉬울겁니다. 위쪽 끝부분에서는 우주선을 목성이나 토성까지 던질 수 있습니다.

같은 초거대 테더로 내행성으로도 쉬운 여행이 가능합니다. 단 한번 던지는 것으로, 금성이나 수성에 도달할 수 있습니다 화성과는 다르게, 금성이나 수성은 태양에너지와 희귀 자원으로 넘쳐납니다. 길게 봤을때, 인류가 추진체를 전혀 필요로 하지 않는 전 행성간 운송 네트워크를 화성의 위성을 중심으로 해서 건설하는 것을 아무도 막을 수 없을 것입니다.

테더는 비교적 싸고 지속적인 해답입니다. 우주여행을 저렴하게 만들고, 태양계의 남은 부분에 개발과 탐험을 위해서 갈수있게 합니다. 우리는 오늘날 이것을 만들 기술을 가지고 있다는것을 고려하면, 더이상 기다릴 정말로 타당한 이유는 없습니다. 태양계의 일부는 매우 멀리 떨어져있습니다. 하지만 그들은 매우 가까울지도 모릅니다. 그것들은 도달하기 어려워 보입니다.

하지만 이것도 도달하기 어려울 필요는 없죠. 우리의 친구 브릴리언트(brilliant) 에서 당신을 끌어올려줄수 있습니다. 폭발적인 아이디어와 재미있는 행동들로 가득 차있는 우주로.