우주선

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1 우주에서의 이동수단

1.1 개요

宇宙船(spaceship), spacecraft.

우주공간에서 돌아다니라고 인간이 만든 물건 일체를 말한다. 인간이 탑승하건 안하건 관계없이 모두 우주선이라고 칭하므로, 우주 캡슐, 우주왕복선, 인공위성, 우주탐사 로봇(보이저 시리즈 같은) 등을 통틀어 부르는 말이 우주선이다. 그외에 우주복을 소개할 때도 업계 종사자들은 맞춤형 1인승 우주선이라는 개념으로 소개하곤 한다. 내부에 고성능의 컴퓨터가 내장되어 온갖 현란한 통신, (생체) 신호, 알람 등 있을건 다 있다보니 연료 빵빵한 제트팩도 착용한다면 그럴싸한데?

지구 정지궤도에 진입한 인공위성조차도 광의적으로 우주선이라고 부르지만, 유인 인공위성인 우주 정거장만은 우주선이라고 부르지 않는다. 예외인 셈.

최초의 우주선은 옛 소련이 1957년에 쏘아올린 스푸트니크 1호 인공위성. 그후 60년 가까운 세월이 흘렀지만 우주선을 만들고 발사할 수 있는 나라는 아직도 세계에 24곳밖에 없다. 유인 우주선의 경우 더 적어서, 미국, 러시아, 중국 세 나라만이 그 노하우를 보유하고 있다. 애당초 우주선 기술은 거의 전부 무기, 그것도 ICBM 기술로 전용될 수 있는 것인지라, 절대 다른 나라에게 이전해주는 법이 없다.

아래 나열된 가상의 우주선들이 대개 전투용인 반면, 현실의 우주선들은 전부 비전투용이다. 물론 군사용 인공위성이 많이 있지만 이들은 첩보용이고, 아직까지 진짜 공격용 우주선은 제작된 적이 없다. 반대로 우주 정거장의 경우에는 무기가 장착된 적 있다.

1.2 추진방식

창작물의 우주선들은 온갖 SF적 초기술이 탑재되어 초광속 항행도 가능한 것들이 많지만, 현실의 우주선은 아직 화학 로켓 동력을 졸업하지 못하고 있는 상황. 최신형이래봐야 이온 엔진 정도고.... 태양풍을 추진력으로 이용하는 태양돛, 플라즈마 펄스를 추진력으로 삼는 플라즈마 로켓 등이 연구중에 있지만, 실용화는 멀기만 하다. 지구 궤도용 인공위성의 주 동력원은 태양전지이며, 원거리 우주탐사선의 동력으로는 핵 연료전지 등이 쓰인다.

게다가 지구상에서 건조된 우주선은 필연적으로 지구 중력을 벗어나기 위한 추력이 필요하기 때문에, 일단은 로켓의 신세를 질 수밖에 없다. 궤도 엘리베이터가 실현되기 전에는...

1.2.1 중력 슬링샷(스윙바이)

화학로켓으로는 지구외 행성까지 가는데 충분한 속도를 얻을 수 없기 때문에, 멀리 날아가야 하는 우주선의 경우 스윙바이 라는 기술을 사용해 속도를 얻는다. 실제로 목성 탐사선이나 태양계 외곽까지 날아간 심우주 탐사선들 모두 스윙바이로 가속을 했다.

스윙바이란 우주선이 공전하는 천체(지구나 화성 둘레를 도는 행성)의 공전방향의 역방향으로 접근, 천체의 중력에 붙들리며 천체의 주변을 반바퀴 공전한 뒤, 이번에는 공전방향에 순방향으로 가속하여 천체로부터 빠져나오는 가속법이다. 이러면 우주선은 해당 천체의 공전속도의 두배만큼의 속도를 얻을 수 있다. 물론 마법 같은 게 아니고, 탐사선이 가속되는 만큼 행성의 공전 속도는 느려지는 엄연한 상대적 운동이다. 무거워 봤자 고작 수 톤에 불과한 탐사선에 비해 천체들의 질량이 너무나도 크기 때문에 전혀 계측할 수 없는 것 뿐.

카시니 탐사선의 스윙바이 도해. 지구와 금성의 중력을 이용해 두차례 슬링샷 가속을 했다.

주노탐사선의 이동과정 역시 마찬가지다.
목성까지 가는데만 5년이나 걸린다(...).

1.2.2 이온엔진

연료를 이온화하여 분사하는 방식이다. 일반 화학 로켓에 비해 에너지의 효율이 수배 이상으로 극대화되어 단기간에 연료를 다 써버리는 화학 로켓과 달리 수십년 이상을 고갈없이 사용할 수 있다. 다만, 추진력이 너무 약해 대기권통과시에는 쓸 수 없다. 우주에서는 공기저항이 없어 추진력을 계속 유지할 수 있어 효율성과 함께 주목을 받고 있다. 또한 소행성대의 세레스 탐사선인 돈 탐사선은 스윙바이를 쓰기 어려워 이온엔진을 장착하고 있다. 더 자세한 내용은 이온 엔진 참고.

1.2.3 핵추진 로켓

원자로의 열로 기체를 데워 팽창하는 힘으로 추진하는 열핵추진과 핵폭발의 반동으로 추진하는 핵 펄스 추진 두 가지 방식이 있다. 핵추진 방식을 활용하면 이론상 빛의 속도의 12%까지 낼 수 있어 항성간 탐사도 불가능한 수준은 아니어서 70년대 초만 해도 오리온 계획이나 다이달로스 계획 등 여러 핵추진 방식의 우주 탐사 계획이 있었으나, 발사 중 지구에서 폭발할 위험성 때문에 핵 확산 금지 조약을 통해 핵을 이용한 우주탐사가 금지되어 모든 계획이 폐기처분되었다. 이러한 탐사는 안전하게 우주에 핵 추진 로켓을 올려놓는 방법이 나와야 가능해질 것이다.

1.2.4 그 외

2014년에 획기적인 우주선 엔진을 만들 수 있다는 발표가 NASA의 이글웍스(Eagleworks) 연구팀에 의해 발표돼 물리학계가 술렁이고 있다. 연료 없이 전자기파 조작만으로 추진력을 얻는 새로운 우주선 엔진 실험에 성공했다는 논문을 발표한 것이다.## ...라고 알려져서 인터넷에서는 떠들석 했지만, 실상은 NASA의 공식 발표도 아니고 그저 NASA의 직원 몇 명이 시험적으로 테스트 해본 내용을 발표한 것 뿐이다. 정식 저널에 개재된 것도 아니었고 전문가 리뷰도 거치지 않은, 논문이라고 부르기도 뭐한 물건이었다. 당연히 학계에서는 관심조차 두지 않고 있다. 전자기파와 EmDrive항목을 참고할 것.

태양풍을 이용하여 돛을 만들어 탐사선을 움직이고자 하는 시도도 있다. 파피용?

NASA의 이글웍스는 그 동안 이론상으로만 제기돼 왔던 워프 엔진이 생각보다 쉽게 현실화될지도 모른다며 연구 중이기도 하다. 이 연구가 성공해 워프엔진을 만들면 지구에서 4.37광년 떨어져 있는 알파 센타우리까지 2주일 밖에 안 걸린다고.엄마 나 알파 센타우리 좀 갔다올게 흠좀무 이글웍스의 해롤드 화이트 박사가 이 연구를 이끌고 있다. 워프 문서를 참고할 것.

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1.2.5 우주선의 기술적 한계

• 한계

지금 우주선과 우주탐사용 로켓의 현실적인 문제점과 한계점은 다음과 같다.
1. 기술수준이 낮고, 제작 비용이 천문학적이다
2. 연료 효율과 무게, 탑재량 제한
3. 숙련된 조종사만이 다룰수 있으며, 인간만이 임무를 수행 가능하므로 탐사 기간은 짦을 수 밖에 없다.
4. 극한의 환경에 탐사를 나가니 충분히 튼튼해야 하며, 인간이 타므로, 생명유지와 안전을 보장해야 하고(특히 공기와 물, 무중력), 무사귀환할수 있도록 책임져야 한다.(조종사는 소모품이 될수 없으니 인권 문제도 있다)
5. 인간이 수집하고 처리할수 있는 정보량에는 한계가 있다. 거기다가 사고가 발생하면 치명적이다. 사고로조종사가 엄청난 중력 가속도를 받거나, 우주선에 산소 공급이 중단되면 곧 의식을 잃게 된다. 우주선의 제어는 아무도 할수가 없다는 것.

• 설명

1. 원천 기술이 수준이 아직도 낮은 편. 인간의 기술은 아직도 지구 대기권을 탈출하는것도 마음대로 안된다. , 공기 저항을 이기고 비행해야 하는 문제와, 연료통의 크기는 한정되어 있을 수밖에 없으므로 한정된 추진제로 탐사 임무를 수행해야하는 문제가 있다.. 이를 위해 이온 엔진이나 전자기 추진엔진 등이 연구되고 있으나, 천문학적인 개발과 연구비용이 들기에 나사등 일부 기관과 단체에서만 국가의 지원 하에 연구중이고, 이 기술은 매우 중요하기에 보안으로 공개하지 않는다. 그런데다 이들 단체만 거의 성과를 내고 있으니..

2. 연료효율과 비용 문제. 공기저항을 이겨내고 지구 궤도를 벗어나 비행하기 위해 거대한 연료통이 필요하며, 추진을 위한 동력원(연료)은 유한하기에 한정된 역할을 맡을수 밖에 없다.

3. 전문 지식을 가지고 복잡한 제어와 조작, 컨트롤을 요구하기에 사람이 타야만 하고(아무나 할수 있는 것이 아니라 전문지식과 강인한 신체를 가지고 훈련을 받은 수석 인재 조종사들이 필요하고, 이들 양성에만 많은 비용이 소모된다)

4. 또한 조종사가 이동하고 생활하며, 안전하게 지낼 수 있어야 하므로, 생명유지와 생리현상 등을 해결해주는 산소 발생기, 여과기, 방사능 차폐, 식량, 물, 운동기구 공급할 관련 설비와 장치들이 추가로 필요하다. 특히 공기와 물 문제.(당연히 설계가 더 골치아파지며 ,공간과 무게가 늘어난다.) 우주공간은 저온에 방사능과 진공, 무중력인 지구보다 극한의 환경이다. 또 잠도 자고 외부와 고립된 극단적인 환경이라 감정의 문제도 있다.(외로움, 고독감, 위험한 환경에서 사고날시 외부의 도움을 받을수도 없다는 불안감 등.)

5. 아무리 관제 센터가 있다지만 인간의 감각기관과 지능, 판단력으로 우주에서 정보를 수집하고 처리하는데는 제한이 있을 수 밖에 없다. 문제나 상황 발생시 거기다 우주선에 싣고간 한정된 자원과 설비로 관제센터의 도움, 우주인들과 협력을 통해 해결하는 수 밖에 없다.

한명이 방대한 지식과 기술을 가지고 동시에 멀티태스킹을 해낼수 없으니 대부분 각 분야별 전문가를 싣고 보낼수밖에 없다(또 무게가 늘어난다) 극한의 환경인 우주에서 다양한 변수와 사고상황이 존재할지도 모르는데다 외부에서 도움을 받기 불가능하니, 우주 환경에서 인간에게 문제가 생겨버리면 우주선을 능동적으로 제어하고 상황에 대처할 수가 없다. 특히 사고상황이라면..그래비티에도 사고 상황의 모습이 잘 나와있다.

1.2.6 우주선의 미래

때문에 기존에는 1,2번 문제를 추진제와 연료효율을 높이고 3~5번까지의 문제는 관련 지식과 기술을 습득한 초엘리트 우주인을 양성하는 법과, 컴퓨터 기술 발전으로 보완했으나 앞으로는 사람이 로켓을 타고간다는 우주탐사 패러다임이 바뀔 가능성이 높아졌다. 바로 인공지능때문. 인공지능이 망원경을 뚝딱 만들어내더니 미발견 행성과 항성들을 찾아내며, 우주선을 설계하고 인간 대신 인공지능로봇이 우주선에 탑승해서 대신 우주탐사를 진행한다

기술적 특이점 문서를 참고하면, 앞으로 기술 개발과 발전의 주체는 인간의 머리가 아닌 인공지능과 컴퓨터 이 될 것이다.

3, 4, 5번 문제의 경우 인간이 타야 하니 인간의 생물학적인 문제와 한계가 문제에효잠 안자고 똥 안싸고 감정 없고 공기와 물, 식량도 필요없는 기계인' 로봇이 탑승하여 해결. 우주선내에 공기를 실을 필요도 없고, 공기, 물 공급 장치도 필요 없으며, 전원만 있으면 24시간 내내 굴릴수 있다. 때문에 추진 더 오래, 더 멀리, 우주인들의 건강을 해치는 더 극단적인 환경(저온, 고온, 방사능, 고중력이 작용하는 곳)에서도 탐사와 수집이 가능하다. 금속으로 된 기계니까.

거기다 조종술이나 전문지식을 얻을 필요도, 조종사를 선발하고 극한의 환경에서 살아남도록 훈련을 시킬 필요도 없다. 기계니까 설계해서 찍어내면 그만이고, 지식은 우주 조종사 인공지능 소프트웨어를 탑재하면 그냥 엘리트 조종사가 한명 탄생하는 것이다.기계니꺼 개발일지도

때문에 인류는 인간의 역할을 대신하는 로봇과 인간의 한계를 뛰어넘는 정보수집과 처리능력응 지닌 인공지능의 도움을 받아 우주탐사를 실행할수 있을 것이고, 인간의 힘으로 할 수 없었던 것들을 이들이 보내온 더욱더 많은 정보를 토대로 직접 가지 않더라도 지상에서 우주를 연구할 수 있을 것이다. 그쯤되면 연구도 인공지능이 할것 같다

1.3 우주군

우주선이 구성한 함대를 우주 함대라고 하나, 2016년 현재까지 우주함대가 구성된 적은 단 한번도 없다. 미국이 한꺼번에 우주왕복선 다섯척을 운용하던 시절을 무시한다면 말이지만 다만 우주군은 조직된 적이 있다.

1.4 미디어에서의 등장

상술하였듯이 창작물에 등장하는 우주선들은 절대 다수가 전투용이다. <2001 스페이스 오디세이>의 디스커버리 호나 <2010>의 레오노프 호와 같은 우주 탐사선, 에일리언 시리즈의 노스트로모 호나 스타워즈 세계관의 밀레니엄 팔콘과 같은 화물선, 데드 스페이스의 행성 채굴선인 이시무라 호, <이벤트 호라이즌>에 등장하는 워프항행 시험선인 이벤트 호라이즌 호, 드라마 파이어플라이의 세레니티, 영화 인터스텔라의 탐사선 인듀어런스 호, 마션의 헤르메스 호 같은 소수의 예외를 제외하면 미디어에서 주역이 되는 우주선들은 거의 대부분 우주 전함이나 우주 전투정이다. 인간의 공격성이 투영된 것이라 하겠다.

창작물에 등장하는 여러 우주선들은 현실적인 기술적 및 물리학적 제약에서 벗어나 우주를 마음껏 누빈다. "스타 트렉" 에 등장하는 우주선들은 반물질 엔진으로 구동되는 워프 추진기를 갖고 있어 광속의 몇곱절의 속도로 항행을 하며, 애니메이션 "우주 전함 야마토" 에는 워프 항법이라는 것을 구사해 수십 수백광년의 거리를 단숨에 뛰어넘는 우주선들이 나온다.
"은하철도 999" 애니메이션에 등장하는 은하철도 열차들은 "공간 실드" 로 차폐된 궤도 위를 달리는데, 이 공간 실드 안에서는 빛의 속도가 물체의 운동속도에 아무런 제약을 주지 않는다... 즉 광속의 100배건 1000배건 엔진 출력만 넉넉하다면 얼마든지 가능하다는 것.
또한 드라마 닥터후도 시공간 이동 장치인 타디스를 이용해서 몇 광년이나 되는 거리를 몇 초 만에 이동하는 장면이 많이 나온다.

항성간 항행, 즉 다른 항성계로 향하는 우주여행은 아직까지는 SF의 영역이지만, 항성간 행행이 가능한 우주선들을 따로 칭하여 스타쉽(Starship), 스타크래프트(Starcraft) 등으로 칭하고 태양계 내에서만 사용되는 우주선을 스페이스쉽(Spaceship), 스페이스크래프트(Spacecraft) 등으로 부르는 것이 일반적이다. 물론 이건 작품에 따라서 천차만별이고, 가장 일반적인 단어는 스페이스쉽.

2 우주에서 날아오는 고에너지 방사선

宇宙線 宇宙船(Cosmic Ray)

우주에서 날아오는 고에너지 입자로 된 방사선. 먼 우주에서 일어난 초신성 폭발 등이 원인인 것으로 추정된다. 알파선, 감마선 등도 있지만 90% 이상은 단일 양성자로 되어 있다. 개별 입자의 에너지는 모두 제각각이지만, 에너지가 높은 입자는 하나에 대략 10의 20제곱 전자볼트 정도의, 상상하기 어려운 수준의 고에너지를 가지고 있다. 세계에서 가장 큰 입자가속기인 LHC에서 양성자를 가속해도 7테라(10의 12제곱)전자볼트 정도의 에너지를 주는 것이 한계라는 것과 비교해 보자.

태양풍과 지구자기장이 지구로 날아오는 우주선의 강도를 상당히 낮추는 것으로 알려져 있으며, 우주선은 최종적으로는 대기중의 공기분자와 충돌하여 반응하므로 지표면에서의 우주선의 강도는 매우 약하다. 우주선이 대기중의 질소 원자와 충돌하면 탄소의 동위원소인 탄소-14를 만드는데, 이는 고고학에서의 연대측정에 사용된다.

아폴로 계획을 부정하는 음모론 중에, 1의 우주선을 쏘아올리면 밴 앨런대에서 2의 우주선을 폭격을 맞게 되는데 그 방사능을 막으려면 70년대 기술로는 어림도 없는 정도의 방사능 차폐장갑 떡칠이 필요하다면서 인류의 달 착륙을 부정하는 음모론이 있다. 그리고 사람이 우주에서 영구 거주할 수 있는 기지를 현대 기술력으로 못 만드는 이유가 바로 이 우주선 때문이라는 "썰"도 있다.

2014년 7월 초고에너지 우주선이 큰곰자리의 북두칠성 근처에서 생성된다는 사실이 밝혀졌다.# 2008년부터 5년간 초고에너지 우주선 72개를 분석해 보니 그 중 19개가 그곳에서 나왔다는 것. 이 연구 결과는 초고에너지 우주선이 특정 지역에서 형성됐음을 의미한다고 한다. 덤으로, 여기서 말하는 초고에너지란 300 엑사전자볼트(줄로 치면 50줄)의 에너지를 가진 입자를 말하는 것으로, 에너지 크기가 너무 OMG스러워 이름도 OMG 입자라고 불린다.

역시 2014년 7월에는 한국 연구진이 개발한 '대형 실리콘 전하량 검출기'가 국제우주정거장(ISS)에 설치돼 NASA의 우주선 관측 프로젝트에 활용된다는 소식이 전해졌다.# 이 장치는 우주선의 성분을 정밀 측정하게 된다. 이것은 대형 우주 프로젝트에 한국이 중요한 역할을 맡게 된 첫 사례라고 한다.

2014년 10월에는 스마트폰으로 위의 OMG 입자를 측정하는 CRAYFIS 프로젝트가 발족되기도 하였다. 카메라의 CMOS센서를 기반으로, 이 OMG 입자가 CMOS를 때릴때 나오는 노이즈를 분석하여 서버로 보내는 형식으로 안드로이드 / 아이폰 앱은 개발중이라고 한다.

3 메탈슬러그 3 보스

우주선(메탈슬러그 3) 참고.

4 벤10 에일리언 포스에 등장하는 애완동물

줄리 야마모토가 기르는 업그레이드의 더빙판 이름.