우주로 가는 출입문 : 우주 엘리베이터

우주로 가는 출입문: 우주 엘리베이터

SF영화와 애니메이션을 보면 종종 등장하는 것이 우주 엘리베이터(Space Elevator)입니다. 궤도 엘리베이터(Orbital Elevator)라고도 합니다. 영화의 주인공은 지구와 우주로 이어진 하나의 거대한 탑 내부의 엘리베이터를 타고 우주로 향합니다. 우주 플랫폼에서 우주선을 타고 다른 행성으로 광속으로 이동합니다. 먼 미래지만 우주 엘리베이터를 타고 우주로 나갈 수 있는 날을 상상해 봅니다.

애니메이션 속 우 엘리베이터

 

◆ 우주 엘리베이터의 비전

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우주엘리베이터를 처음 생각한 사람은 러시아의 치올콥스키(Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, 1857 ~ 1935)입니다. 1895년 로켓을 이용한 우주비행방법을 과학적으로 수립한 과학자입니다. 1978년에는 영국의 공상과학 소설가인 클라크(Arthur Charles Clarke)가 작품속에서 우주 엘리베이터를 등장시켰습니다.

 

현재까지의 상상도는 대부분 지구에서 우주까지 뻗어 있는 거대한 탑의 형태입니다. 지구와 정지 궤도의 플랫폼을 연결하고, 그 사이를 엘리베이터 형태로 이동합니다. 궤도 엘리베이터 가 완성된다면 우리는 우주로 나가는 것에 매우 급진적인 발전을 할 수 있습니다. 최근에 스페이스X나 아마존 등이 재활용 로켓을 만들어 성공하고 있기는 하지만, 아직도 우주로 나가는 비용은 1Kg당 1만달러가 평균적으로 소요되는 것으로 계산됩니다.

 

우주 엘리베이터가 완성된다면 건설비용을 제외하고 1KG당 운송비용은 로켓 발사비용 대비 현저하게 줄어들 것이라고 예상하고 있습니다.

 

◆ 기본 개념 및 원리

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아래로 당기는 지구의 중력과 우주 플랫폼 상단 균형추에 의해 가해지는 원심력의 균형을 맞추는 것이 우주 엘리베이터의 기본 개념입니다. 탄소 나노튜브나 그래핀 등 지구의 중력과 원심력을 견딜 수 있는 첨단 소재의 케이블을 통해서 지구의 앵커 포인트에 묶여 우주로 올라가게 됩니다. 정지 궤도 상단에 위치할 균형추는 케이블이 팽팽하게 유지될 수 있도록 필요한 힘을 제공합니다.

 

◆ 우주 엘리베이터의 장점

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▶ 저비용

기존의 로켓 발사는 많은 양의 연료와 일회용 또는 다회용 로켓을 사용하기 때문에 단위 무게당 소요비용이 매우 비쌉니다. 우주 엘리베이터는 우주에 도달하는 비용을 획기적으로 줄일 수 있으며, 기업과 연구인력 및 관광객이 보다 쉽게 우주에 접근할 수 있도록 할 수 있습니다.

 

▶ 케이블 강도

1회 발사시 무게 제한이 있는 로켓과는 달리 클라이머(승강기)를 통해 화물 및 우주인을 운반하는 우주 엘리베이터의 용량은 케이블의 강도에 따라 달라집니다. 지구의 중력과 원심력을 견디고 클라이머를 버틸 수 있는 케이블이 개발된다면 현재까지 로켓으로만 우주로 전달할 수 있었던, 우주 정거장 모듈이나 우주 망원경, 미래 우주 임무를 위한 인프라 등 얼마든지 더 많은 물자를 우주로 실어 나를 수 있습니다.

 

▶친환경

로켓은 엄청난 양의 배기 가스를 발생시켜 대기 오염과 기후 변화에 영향을 끼칩니다. 반면 우주 엘리베이터는 케이블에 전력을 공급하여 이동할 것으로 예상되므로 환경에 미치는 영향을 최소화 할 수 있습니다.

 

▶ 안전성

로켓은 사고와 고장이 발생하기 쉽고 승무원과 우주화물의 위험성도 높습니다. 우주 엘리베이터 사용시 우주로 올라가는 속도를 제어할 수 있고, 케이블을 통해 점진적으로 이동하기 때문에 로켓보다 실패 가능성을 확실히 줄일 수 있습니다. 

 

◆ 과제 및 고려 사항

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우주 엘리베이터 실현에는 아직까지 몇 가지 중요한 과제가 있습니다.

 

▶ 재료 과학

필요한 강도, 내구성 및 유연성을 갖춘 케이블을 개발해야 합니다. 탄소 나노튜브와 그래핀 등은 가능성을 보여주지만 아직까지 개발 초기 단계입니다.

 

▶ 건설 및 유지 관리

엄청난 규모의 우주 엘리베이터를 구축하려면 보다 신중한 계획, 광범위한 인프라 개발 및 안전성을 유지하기 위한 지속적인 관리가 필요합니다.

 

▶ 우주 잔해

지구위 우주 공간은 위성들의 잔해로 가득합니다. 우주 엘리베이터의 케이블은 이 잔해들을 통과해서 정지궤도에 도달해야 합니다.

 

◆ 결론

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애니메이션속 우주 엘리베이터와 태양전지를 이용한 태양광 발전

우주 엘리베이터는 로켓 발사에 대비하여 매우 낮은 비용으로 우주에 도달할 수 있습니다. 환경 친화적인 대안을 제공하는 우주 운송 기술의 혁신적인 도약입니다. 극복해야 할 많은 기술적 과제들이 있지만, 우주 엘리베이터가 제공하는 가능성과 이점은 놀라울 정도입니다. 또한 우주 엘리베이터가 실현될 경우, 통신, 위성 배치 및 태양광에너지 산업에도 혁명을 일으킬 수 있습니다. 우리의 상상력이 현실의 과학과 결합하여 확장함에 따라 우주 엘리베이터는 언젠가 현실이 될 것이고, 별에 도달하고 우주의 신비를 탐구하려는 인류의 호기심을 충족할 도구가 될 것입니다.