[논문 리뷰] High Speed AB-Solar Sail

Alexander Bolonkin|ArXiv.org|2007. 01. 08.

Electromagnetic Launch and Propulsion Technology참고 문헌 3인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 태양 근처에서 강한 태양 복사 압력을 활용하기 위해 고반사 거울 같은 막으로 된 고속 AB-태양 sails를 제안한다. 태양 근처에서의 유도 비행을 통해 최대 400 km/s의 속도를 달성하며, 높은 반사율 덕분에 열 손상을 최소화하여 태양계 외부로의 빠른 행성 간 항해나 태양계 탈출이 가능하다.

ABSTRACT

The Solar sail is a large thin film used to collect solar light pressure for moving of space apparatus. Unfortunately, the solar radiation pressure is very small about 9 mkN/sq.m at Earth's orbit. However, the light force significantly increases up to 0.2 - 0.35 N/sq.m near the Sun. The author offers his research on a new revolutionary highly reflective solar sail which flyby (after special maneuver) near Sun and attains velocity up to 400 km/sec and reaching far planets of the Solar system in short time or enable flights out of Solar system. New, highly reflective sail-mirror allows avoiding the strong heating of the solar sail. It may be useful for probes close to the Sun and Mercury and Venus. Key words: AB-solar sail, highly reflective solar sail, high speed propulsion.

연구 동기 및 목표

• 깊은 우주 탐사에 적합한 매우 높은 속도를 달성할 수 있는 태양풍 추진 시스템을 개발하기 위해.
• 지구 궤도에서의 낮은 태양 복사 압력을 해결하기 위해 태양에 가까이 다가가 더 큰 추진력을 확보하기 위해.
• 높은 반사율의 태양풍 막 재료를 사용해 태양에 가까이 다가갈 때 발생하는 열 손상을 완화하기 위해.
• 기존 추진제 없이 태양 광자 압력만으로 먼 행성으로의 빠른 이동이나 태양계 탈출을 가능하게 하기 위해.
• 고반사율과 고속 성능을 동시에 구현하는 새로운 종류의 태양풍을 실현 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 태양광자의 운동량 전달을 극대화하기 위해 고반사 거울 같은 필름으로 된 태양풍을 설계한다.
• 강력한 태양 유도 비행을 수행하여 태양 근처에서의 강력한 태양 복사 압력을 이용해 가속한다.
• 높은 반사율이 흡수를 줄이고 열 부하를 감소시켜 태양에 가까이 다가갈 때 기계적 손상을 방지한다.
• 유도 비행 중 속도 증가를 극대화하기 위해 태양풍의 형상과 궤도를 최적화한다.
• 이론적 모델링을 통해 태양과의 거리, 태양풍 반사율, 질량-면적 비율에 기반한 속도 증가를 예측한다.
• 이 설계는 수성, 금성, 그 이상의 행성으로의 임무를 훨씬 더 빠르게 수행할 수 있도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고반사 태양풍은 태양 유도 비행을 통해 400 km/s 이상의 속도를 달성할 수 있는가?
• RQ2 높은 반사율은 태양에 가까이 다가갈 때 열 분해를 어떻게 완화하는가?
• RQ3 태양 근처에서 태양 복사 압력을 이용해 도달할 수 있는 최대 속도는 얼마인가?
• RQ4 이러한 태양풍은 기존 추진제 없이도 빠른 행성 간 또는 간행성 간 임무를 수행할 수 있는가?
• RQ5 태양 유도 비행 중 속도 증가를 극대화하기 위한 최적의 태양풍 및 궤도 파rameter는 무엇인가?

주요 결과

• AB-태양풍은 태양 근처에서 태양 복사 압력을 활용해 최대 400 km/s의 속도를 달성할 수 있다.
• 태양 근처에서는 태양 복사 압력이 0.2–0.35 N/m²로 증가하여 지구 궤도보다 훨씬 더 큰 추진력을 제공한다.
• 높은 반사율의 재료는 열 부하를 감소시켜 태양에 가까이 다가가도 안전하게 작동할 수 있도록 한다.
• 이 태양풍 설계는 외행성으로의 빠른 이동과 태양계 탈출을 가능하게 한다.
• 이론적 분석은 반사율 덕분에 열 실패 없이 높은 가속도를 유지할 수 있음을 확인한다.
• 이 방법은 추진제 없이 고속 행성 간 항해를 가능하게 하여 화학 추진 또는 전기 추진의 혁신적 대안을 제공한다.