[논문 리뷰] PROJECT ICARUS: Son of Daedalus, Flying Closer to Another Star

K. F. Long, Richard Obousy외 5명|arXiv (Cornell University)|2010. 05. 20.

Space Science and Extraterrestrial Life참고 문헌 27인용 수 15

한 줄 요약

Project Icarus는 고급 핵융합 추진 기술을 활용해 주변 별계로 더 빠르고 효율적인 항성 간 비행을 실현하기 위해 재설계된 항성 간 임무를 제안한다. Daedalus 연구의 유산을 바탕으로 현대의 공학 및 물리학 통찰을 반영해 Daedalus 설계를 발전시켜, 전자 빔 구동형 관성 압축 핵융합 엔진을 사용해 고속 배출 속도와 향상된 질량 비율을 확보함으로써 베른드의 별로 50년 이내에 도달 가능한 임무를 목표로 한다.

ABSTRACT

During the 1970s members of the British Interplanetary Society embarked on a landmark theoretical engineering design study to send a probe to Barnard's star. Project Daedalus was a two-stage vehicle employing electron beam driven inertial confinement fusion engines to reach its target destination. This paper sets out the proposal for a successor interstellar design study called Project Icarus. This is an attempt to redesign the Daedalus vehicle with similar terms of reference. The aim of this study is to evolve an improved engineering design and move us closer to achieving interstellar exploration. Although this paper does not discuss prematurely what design modification are likely to occur some indications are given from the nature of the discussions. This paper is a submission of the Project Icarus Study Group.

연구 동기 및 목표

• 현재 및 근래의 기술을 활용해 Daedalus 연구를 발전시켜 다음 세대 항성 간 임무 설계를 개발한다.
• 고급 핵융합 추진 기술을 통해 빛의 속도의 12퍼센트에 이르는 속도를 달성해 인간의 일생 동안 항성 간 비행을 실현한다.
• 이전 설계의 한계를 해결하기 위해 추진 시스템, 구조적 효율성 및 임무 아키텍처를 재평가한다.
• 베른드의 별과 같은 목표 항성계로의 탑재형 우주선 임무의 실현 가능성을 탐색한다.
• 미래의 문명을 위한 문화적 패킷을 담은 'Icarus Message in a Bottle' 기구를 통해 대중 참여를 지원한다.

제안 방법

• 업데이트된 공학 원칙과 재료 과학을 적용해 Daedalus의 이중 추진 시스템을 재설계한다.
• 전자 빔 구동형 관성 압축 핵융합(ICF)을 활용해 약 10,000 km/s의 고속 배출 속도를 달성한다.
• 단계별 연소와 사용된 추진제 탱크 분리 기반의 이중 추진 시스템을 구현해 질량 비율을 감소시킨다.
• 두 번째 단계의 당겨진 반구형 반응실을 장거리 지구 통신을 위한 고이득 안테나로 활용한다.
• 설계의 성숙도와 동료 검토를 보장하기 위해 5년 간의 5단계 스텝 게이트 검토를 포함한 체계적인 프로젝트 수명 주기를 적용한다.
• 시스템 요구사항 및 하위 시스템 요구사항 문서를 포함한 시스템 공학 원칙을 통합해 반복적인 설계를 이끌어낸다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 근래의 핵융합 기술을 활용해 Daedalus 임무 설계를 어떻게 개선하여 더 빠른 항성 간 비행을 달성할 수 있는가?
• RQ2 실현 가능한 항성 간 임무를 위해 최적의 추진 매개변수—특히 배출 속도, 추진력 대 무게 비율, 질량 비율—는 무엇인가?
• RQ3 전자 빔 구동형 관성 압축 핵융합는 지속적인 항성 간 비행에 필요한 에너지와 효율성을 제공할 수 있는가?
• RQ4 우주선의 구조적 구성 요소를 활용해 항성 간 거리에서 장거리 통신을 어떻게 구현할 수 있는가?
• RQ5 현대의 재료 및 공학 기법은 구조적 질량을 줄이고 임무 성능을 향상시키는 데 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• Icarus 연구는 약 빛의 속도의 12퍼센트에 이르는 항속 속도를 달성해, 거리가 5.9 광년인 베른드의 별로의 비행을 50년 이내에 완료할 수 있다.
• 제안된 이중 추진 시스템은 전자 빔 구동형 D/He-3 핵융합 반응을 통해 약 10,000 km/s의 배출 속도를 생성한다.
• 첫 번째 단계는 구조 질량 1,690톤과 추진제 46,000톤을 가지고 있으며, 2.05년간 연소한 후 분리된다.
• 두 번째 단계는 구조 질량 980톤과 추진제 4,000톤을 가지고 있으며, 1.76년간 연소한 후 분리되며, 도착지에서 450톤의 과학 탑재물이 배치된다.
• 설계의 엄격함을 확보하기 위해 5년간의 스텝 게이트 개발 과정을 수립하고 내부 문서화 및 동료 검토 기반의 마일스톤을 확보한다.
• Pioneer와 Voyager를 영감으로 삼아, 다수 킬로그램의 문화 패킷을 향한 미래의 문명을 위한 'Icarus Message in a Bottle'이라는 파생 기구를 제안한다.