소행성 레이저 어블레이션

Asteroid laser ablation

소행성 레이저 어블레이션은 소행성의 궤도를 바꾸기 위해 레이저 어레이를 사용하는 소행성을 편향시키는 제안된 방법입니다.레이저 어블레이션은 기화(고형에서 기체로) 또는 기화(액에서 기체로)를 통해 가스가 방출될 수 있을 만큼 충분히 가열하여 작동합니다.대부분의 소행성의 경우 이 과정은 2,700~3,000K(2,430~2,730°C, 4,400~4,940°F)의 온도 사이에서 발생한다.방출되는 물질은 추력을 만들어내는데, 이것은 장기간에 걸쳐 [1]소행성의 궤적을 바꿀 수 있다.소규모 개념의 증거로서 필립 루빈 박사가 이끄는 UC 산타 바바라 실험 우주론 연구소의 트래비스 브라셔스 연구원은 이미 레이저 절제술이 [2]소행성을 탈회전시키고 회전시킬 수 있다는 것을 실험적으로 증명했다.이 방법의 추가 테스트와 개발은 UC Santa Barbara,[1] NASA[3] 및 University of [4][5]Strathclyde의 그룹에 의해 수행되고 있습니다.

소행성 편향의 필요성

현생 인류, 즉 호모 사피엔스는 약 20만년 동안 존재해 왔다.그에 비해 공룡들은 Chixculub 소행성이 공룡들을 멸종시키기 전까지 1억 년 이상 지구에서 살아남았다.소행성은 여전히 지구상의 모든 주요 도시와 심지어 우리 [6]종족 전체에 심각한 위협이 될 수 있다.

첼랴빈스크 운석

2013년 2월 첼랴빈스크 운석은 러시아 서부 상공에서 30킬로미터 상공에서 폭발했다.무게가 약 6.8 킬로톤(15×610^파운드)인 이 운석은 18 km/s (40,000mph)의 속도로 이동하며 20도의 [7]각도로 지구 대기권에 진입한 것으로 추정되었다.이 폭발은 히로시마에 투하된 폭탄의 20배에서 30배 정도 강했다. 그 결과 발생한 충격파는 지상의 유리창을 깨뜨려 약 1,500명의 부상자를 냈다.그 운석은 상대적으로 얕은 각도로 인해 지구 대기권 높이에서 폭발했다.하지만, 만약 이 운석이 지구 표면에 도달하거나 대기 중 더 낮은 곳에서 폭발했다면, 그 결과는 재앙일 수도 있었다.

검출

지구근접물체를 탐지하려는 나사의 노력에도 불구하고 첼랴빈스크 운석은 탐지되지 않았다.최근 몇 년 동안 NASA는 유럽우주국과 협력하여 지구 궤도를 [8]횡단할 수 있는 가능성을 가진 모든 NEO를 추적하기 위한 노력을 강화하고 있다.NASA의 웹사이트에는 잠재적인 영향 [9]위험을 나타내는 알려진 모든 NEO의 공개 목록이 있습니다.그러나 이 목록은 미완성 상태로 남아 있어 임박한 충격이 발생할 경우 어떻게 할 것인가에 대한 질문은 여전히 답하지 못하고 있다.

편향의 정치

레이저 어블레이션은 지구에 위협이 될 수 있는 소행성을 더 작은 조각으로 쪼개지 않고 방향을 바꿀 수 있게 해주기 때문에 유망한 방법이다.핵충격기는 소행성을 편향시키기 위해 제안된 또 다른 방법이지만 정치적, 기술적 이유로 레이저 절제보다는 덜 유망하다.

  • 소행성을 폭파하는 것은 여러 개의 작은 소행성 파편을 만들 수 있으며, 각각은 더 큰 [dubious – discuss]소행성만큼이나 파괴적일 수 있다.
  • 지구 대기권 상공에서 원자폭탄을 터뜨리는 것은 예상치 못한 [dubious – discuss]반향을 일으킬 수 있다.
  • 우주 조약은 1967년에 체결된 냉전 조약으로 대량살상무기가 우주에 배치되는 것을 금지하고[relevant?] 있다.어떤 연구 그룹도 핵충격기 [dubious – discuss]방법을 실험적으로 검증하는 것을 효과적으로[citation needed] 차단한다.

레이저 절제술은 이미 소행성 편향의 방법으로 실험실에서 실험되고 있으며 국제우주정거장(ISS)과 지구 저궤도에서 테스트를 시작할 계획이다.

소행성 충돌 회피

주요 기사:소행성 충돌 회피

단동 레이저 절제는 소행성 정지 핵폭발 장치의 폭발 시 방출되는 강력한 열 X선 펄스의 효과를 검증하고 탐구하기 위해 사용된다.이를 위한 조사는 2015년 산디아 [10]국립연구소가 제공한 동조 레이저 펄스에 일반 운석 파편을 노출시킴으로써 이루어졌다.

가동중

  1. 레이저 어레이는 목표 소행성에 집중되어 있다.
  2. 레이저는 소행성의 표면을 3,000K(2,730°C; 4,940°F)[1]의 매우 높은 온도로 가열합니다.
  3. 소행성 표면의 물질은 수축되어[11][12] 소행성으로부터 방출된다.
  4. 뉴턴의 제3법칙은 어떤 작용이든 동등하고 반대되는 반응이 존재한다고 말한다.물질이 기체가 되면서 그것은 소행성으로부터 밀려나고 뉴턴의 제3법칙에 의해 추진력이라고 불리는 동일한 힘으로 소행성을 밀어낸다.
  5. 뉴턴의 두 번째 법칙은 힘이 질량 곱하기 가속도, 즉 F=ma와 같다는 것이다.소행성에 대한 추진력은 소행성의 질량에 비해 작지만 뉴턴의 제2법칙에 따르면 여전히 작은 가속도가 있을 것이다.
  6. 시간이 지남에 따라 소행성의 작은 가속도는 그 궤적을 크게 변화시킨다.일단 소행성이 지구와 충돌하지 않게 되면 레이저를 제거할 수 있다.
  7. 레이저 절제를 사용하여 소행성을 편향시키는 것은 여러 [13]가지 요인에 따라 1년에서 10년 정도 걸릴 것이다.

제안된 시스템

제안된 소행성 레이저 절제 시스템에는 스탠드온 시스템과 스탠드오프 시스템의 두 가지 유형이 있습니다.주된 차이는 [1][13]사용되는 레이저 어레이의 크기와 위치입니다.

스탠드온 시스템

대기 시스템은 목표 소행성으로 보내지는 레이저 어레이를 갖춘 하나 이상의 우주선으로 구성됩니다.그 우주선은 필요한 편향에 도달할 때까지 소행성과 편대를 이루어 비행할 것이다.우주선의 수와 크기는 소행성의 크기와 편향 작용이 시작되고 지구와의 충돌 예상 시간 사이의 시간에 따라 달라집니다.스탠드온 시스템은 현재의 발사 능력과 호환되는 비교적 작은 우주선의 발사를 필요로 하며, 특정 편향 임무에 맞게 조정될 수 있으며, 우주에서의 대규모 인프라의 건설과 유지보수가 필요하다.다중 우주선이 있는 분류된 시스템은 바실레와[14] 매독이 제안했고, 효과의 민감도는 Zuiani와 바실레가 [15]연구했다.시스템상의 스탠드는 중력 트랙터나 이온 [16]비밍과 같은 다른 느린 푸시 솔루션보다 더 큰 질량 효과(같은 편향으로 우주로 발사되는 더 작은 질량)가 있는 것으로 나타났습니다.시스템 스탠드의 주요 기술적 문제 중 하나는 절제 [4]프로세스에서 발생하는 가스 및 이물질의 기폭에 의한 오염입니다.2013년, 유럽 우주국의 지원을 받은 연구에 따라, [17]작은 소행성을 조작하기 위한 실질적인 시연으로 라이트 터치 2 미션 컨셉이 제안되었습니다.

스탠드오프 시스템

대기 시스템은 지구 또는 아마도 달 주위를 도는 큰 레이저 어레이입니다.그것은 ISS의 대략적인 크기에서 약 10배까지 다양할 것이다.이 시스템은 [18]지름이 수백 킬로미터에 이르는 가장 큰 소행성들조차 비껴갈 수 있고, 필요하다면 여러 개의 소행성을 한 번에 겨냥할 수 있을 것이다.이 시스템은 다양한 위협과 그 규모, 그리고 그 결과로 발생하는 비용에 대해 가장 효과적일 수 있지만, 가까운 미래에 비현실적인 선택사항이 됩니다.이러한 유형의 시스템을 구현하려면 여러 정부 및 [13]기관의 협력과 협력이 필요할 수 있습니다.

중요 요소

소행성 레이저 어블레이션 시스템의 효율성에 기여하는 많은 요소들이 있다.연구원들은 레이저의 [13]강도, 목표 [4]소행성의 모양과 구성, 그리고 궤도 [19]기하학적 구조를 조사해 왔다.

레이저 강도

더 강한 레이저는 소행성에 더 큰 추진력을 만들어 낼 수 있다.UC 산타 바바라 대학의 연구원들은 다양한 강도 레이저를 사용하여 적당한 크기의 소행성의 방향을 바꾸는데 걸리는 시간을 실험적으로 시뮬레이션했다.가장 강한 레이저는 지구로부터 안전한 거리에 있는 소행성의 방향을 바꾸는데 1년 미만이 걸릴 수 있는 반면 가장 약한 레이저는 10년까지 [13]걸릴 수 있다.

  • 약한 레이저의 장점은 전력 공급에 필요한 에너지가 적고 그 결과 고출력 레이저보다 비용이 적게 든다는 것입니다.
  • 강력한 레이저의 장점은 몇 년 전에 영향을 예측할 수 있는 능력에 의존하지 않는다는 것입니다.소행성은 추적하기 어렵고 충돌도 예측하기 어렵다. 강한 레이저가 더 큰 보호를 보장한다.

최적의 레이저 강도를 선택하는 것은 비용, 에너지 사용량 및 원하는 보호 수준의 균형을 유지하는 문제입니다.

전원

일반적으로 이러한 시스템은 상당한 양의 전력을 필요로 합니다.우주 기반 시스템의 경우, 이것은 어떤 형태의 원자력 발전이나 우주 기반 태양열 발전 위성의 전력을 필요로 할 수 있다.우주 기반 태양광 발전의 많은 지지자들은 그러한 기반 시설의 이점 중 하나가 소행성을 우회시킬 수 있는 능력과 혜성이 레이저 항로를 기반으로 한 성간 추진뿐만 아니라 소행성 채굴을 통해 개발 궤적을 바꾸는 것을 포함한다고 상상한다.

소행성 조성

소행성은 구성이나 모양이 매우 다양합니다.소행성의 구성은 완전히 금속성, 완전히 암석, 그리고 암석과 [18]금속의 혼합에 이르기까지 다양합니다.각 소재가 감압될 때 다르게 작용하기 때문에 구성을 고려해야 합니다.Strathclyd 대학의 초기 실험은 레이저 절제술이 분출 [4]물질에 의해 만들어진 모양 때문에 밀도가 높은 금속 소행성에 더 효과적일 수 있다는 것을 보여주었다.

소행성 모양

레이저 절제를 통한 소행성 편향에 대한 초기 연구는 소행성이 구형이라고 가정했다. 보다 최근의 연구는 회전 또는 구불구불한 타원체 모델을 고려했고 소행성의 [20]궤도와 회전의 동시 제어를 조사했다.하지만 소행성은 더 복잡한 모양과 매우 불규칙한 표면을 가지고 있기 때문에, 몇몇 연구는 알려진 [21]소행성의 현실적인 모델을 사용하여 레이저 절제를 사용하는 것을 다루었다.

레퍼런스

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