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2015년 8월 31일 월요일

태양계 이야기 414 - 왜행성 하우메아




 태양계의 저편에는 명왕성 말고도 많은 왜행성(dwarf planet)들이 존재합니다. 이 천체들은 모두 각자의 사연이 있는데, 그중에서 오늘 소개할 것은 하우메아(Haumea)입니다.


 하우메아가 발견된 것은 2004년으로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 천문학자 마이크 브라운(Mike Brown)이 이끄는 연구팀이 하와이의 켁 망원경 이미지에 찍혔던 이미지를 나중에 발견한 것인데, 결국 이 왜행성은 하와이 신화의 여신인 하우메아(Haumea)의 이름을 따서 명칭이 정해집니다. 


 하지만 엄밀하게 말하면 이 천체의 발견을 주장할 수 있는 연구팀이 적어도 하나 더 있었습니다. 스페인의 시에라 네바다 관측소의 호세 루이스 오르티즈 모네로(José Luis Ortiz Moreno)와 그의 팀이 2003년 하우메아의 이미지를 찍은 것을 뒤늦게 발견한 것이죠. 


 그런데 마이크 브라운의 팀은 이를 2005년 7월 20일 보고했고 오르티즈 팀은 7일 후에 보고했기 때문에 사진을 먼저 찍었음에도 불구하고 이름을 정할 우선권은 미국팀에게 돌아갑니다. (참고로 스페인 팀은 고대 이베리아의 봄의 여신인 아테시나(Ateacina)라는 이름을 제안했지만 결국 채택되지 않았습니다) 


 이름과 관련해서 더 흥미로운 사실은 1955년 팔로마산 망원경 이미지 사진 중에 사실 하우메아가 있었다는 사실입니다. 그러나 당시에는 누구도 그런 위치에 왜행성이 있을 것이라는 생각을 하지 못했죠. 



(하우메아와 그 두 위성의 상상도. 
Artist's conception of Haumea with its moons Hiʻiaka and Namaka. The moons are much more distant than depicted here./A. Feild (Space Telescope Science Institute) )   


(하우메아와 그 위성들.  Keck image of 2003 EL61 Haumea, with moons Hi’iaka and Naumaka. Credit: CalTech/Mike Brown et al.


 하우메아에서 가장 흥미로운 사실은 이름이 아니라 사실 이 왜행성이 독특한 특징입니다. 이 왜행성은 지름 100km가 넘는 태양계의 천체 중에서 가장 빠른 속도인 3.9시간을 주기로 자전하고 있습니다. (표면의 밝기 변화를 고려하면 이렇게 결론 내릴 수 밖에 없습니다) 여기에다 지름 1000km 조금 넘는 크기에도 불구하고 원형이 아니라 길쭉한 타원형으로 생겼습니다. 마지막으로 밀도도 높아서 2.6-3.3g/㎤ 에 달하는데, 이는 일반적인 카이퍼 벨트 천체보다 훨씬 높은 것입니다. 


 이 모든 것을 고려하면 하우메아에 대해서 한 가지 결론밖에 내릴 수 없습니다. 그것은 이 천체가 사실 과거에 큰 충돌을 겪었다는 것이죠. 하우메아는 명왕성보다 약간 태양에서 먼 타원 궤도를 공전 중인데 대략 근일점이 35AU, 원일점이 51.5AU 정도입니다. 이 궤도에는 많은 카이퍼벨트 천체가 있기 때문에 대규모 충돌이 일어날 가능성은 매우 높습니다. 


 아마도 하우메아는 본래 훨씬 큰 왜행성이 대충돌을 겪은 후 남은 조각으로 보입니다. 흥미로운 사실은 명왕성 역시 큰 충돌을 겪었다는 것입니다. 명왕성과 그 대형 위성인 카론은 그렇게 해서 생성된 것으로 보입니다. 


 하지만 하우메아는 더 심각한 충동을 겪으면서 파편들이 사방으로 흩어지고 남은 조각이라는 차이가 있습니다. 실제로 하우메아의 궤도에는 하우메아 패밀리라고 불리는 수백km 지름의 소행성들이 있는데, 이들이 그 파편으로 생각됩니다. 사실 하우메아의 두 위성 역시 그런 식으로 형성된 것이 아닌가 하는 의구심이 듭니다.  


 하우메아는 대략 2,000 x 1,500 x 1,000 km이나 그보다 다소 작은 크기의 타원형 천체로 보입니다. 거리상 크기 측정이 좀 정확하게 되기 어려운 부분이 있어 약간 오차가 존재하지만 질량은 위성 덕분에 확실히 알 수 있습니다. 하우메아는 지구의 1400분의 1, 명왕성의 1/3 정도 되는 질량을 지녔습니다. 


 아마도 가벼운 얼음 부분은 상당수 충돌시 떨어져 나가고 남은 암석질 중심 부분이 많이 남은 것으로 보입니다. 그럼에도 불구하고 알베도 매우 높은데 (대략 0.71) 이는 표면은 거의 얼음으로 덮혀있다는 의미입니다. 아직 하우메아로 보낼 탐사선은 없지만, 만약 탐사선이 직접 가서 본다면 정말 독특한 외형을 가진 천체일 것으로 생각됩니다. 


(하우메아와 해왕성의 궤도 공명. The motion of Haumea in a rotating frame with a period equal to Neptune's orbital period. (Neptune is held stationary.) It shows the nominal orbit of Haumea librating in a 12:7 resonance to Neptune. Neptune is the blue (stationary) dot at 5 o'clock. Uranus is green, Saturn yellow, and Jupiter pink. Where red turns to green is where it crosses the ecliptic. Notice that these nodes control the reversal. The animated GIF consists of 14 frames. )


 하우메아의 또 다른 별난 점은 바로 공전 궤도입니다. 이 왜행성은 해왕성과 12:7 궤도 공명을 하면서 284년을 주기로 태양 주변을 공전합니다. 즉, 해왕성이 12번 태양 주위를 돌때 하우메아는 7번 공전하는 상관 관계가 있습니다. 이는 두 천체의 상호 중력 작용에 의한 것으로 사실 카이퍼 벨트에는 해왕성의 중력에 간섭을 받는 천체들이 존재합니다. 


 만약 우리가 하우메아로 탐사선을 보낸다면 명왕성을 탐사한 뉴호라이즌스보다 더 긴 시간을 기다려야 합니다. 가장 가까운 발사 기회는 2025년으로 이 때 발사한다면 14.25년 후에 도착합니다. (그 때 위치는 태양에서 48.18AU) 그러면 우리 세대에 그 독특한 모습을 직접 볼 수 있겠죠. 


 그러나 아쉽게도 아직은 탐사선 발사 예정이 없습니다. 가까운 미래에 발사 계획이 제안되었으면 하지만 돈이 드는 일인 만큼 장담은 할 수 없을 것 같습니다.    


   
  참고 








새로운 방식의 핵융합 연구 - Tri Alpha Energy


 핵융합은 우주에서 가장 풍부한 원소인 수소를 이용해서 사실상 무한대의 에너지를 사용할 수 있다는 점에서 꿈의 에너지의 원으로 불립니다. 문제는 핵융합 반응에 필요한 수억도의 초고온과 압력을 견딜 수 있는 반응 용기가 없다는 것입니다. 결국 핵융합 반응을 일시적으로 일으키는 수소폭탄 개발과는 달리 핵융합 반응을 마음대로 제어하기는 매우 어렵습니다.
 따라서 핵융합 반응을 안정적으로 유지하기 위해서는 특별한 장치가 필요합니다. 국제 핵융합 합동 연구인 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)의 경우 무려 200억 달러에 달하는 건설비를 들여서 핵융합 발전기가 아니라 그 전단계의 물건을 만들려고 시도하고 있습니다. 역시 미국의 국립 점화시설(NIF) 도 40억 달러에 달하는 비용이 들어갔지만, 현실적인 핵융합 발전과는 거리가 있습니다.
 ITER은 강력한 자기장 안에 초고온 초고압 입자를 가두는 방식이고 NIF는 강력한 레이저를 한 점에 발사해서 핵융합 반응을 유도하는 장치인데, 둘 다 극도로 복잡하고 거대한 시설입니다.
  사정이 이렇다보니 과연 실제로 핵융합 반응을 제어할 수 있다고 해도 정말 상업적인 핵융합 반응이 가능할지 의구심을 품은 과학자들이 존재합니다. 핵융합 제어 비용이 획기적으로 감소하지 않는 이상 경제적인 발전은 어려울 수도 있다는 것이죠. 핵융합 발전이 극복해야할 과제는 여러 가지가 있지만, 최종적인 관문은 역시 경제성입니다.
 오늘 소개할 트라이 알파 에너지(Tri Alpha Energy Inc.)는 독특한 대안을 들고 나온 회사입니다. 정부에서 지원을 받는 대학이나 연구소가 아니라 민간 기업이라는 점도 독특하기는 한데, 이들이 추구하는 방식은 더 독특합니다.
 이들이 만든 핵융합 반응 장치는 colliding beam fusion reactor (CBFR)라는 종류의 것으로 강력한 이온 빔을 양 끝에서 발사하는 일종의 튜브 같은 장치입니다. 중앙에서 만난 고에너지 이온 입자는 그자체로 자기장을 형성하는 field-reversed configuration (FRC)라는 반응을 일으킵니다. 그러면 비싼 장치 없이도 잠시간 초고온의 플라즈마가 형성되는 것이죠.




(CBFR 방식의 C-2 반응 장치의 모식도.  출처: Tri Alpha energy )
 이 방식의 문제는 장시간 초고온 플라즈마 유지가 어렵다는 것인데, 트라이 알파 에너지의 C-2 장치는 이 부분에서 새로운 신기록인 5 ms(밀리세컨드) 를 달성했다는 소식입니다. 온도는 1000만도 정도로 대략 3m 길이에 40cm 정도의 시가 모양 자기장 안에서 달성한 기록입니다. 참고로 C-2는 23m 길이의 장치입니다.
 이는 이전의 0.3ms 보다 10배 이상 증가한 기록이지만, 아직 핵융합 발전의 상용화 모델과는 거리가 있습니다. 트라이 알파 에너지는 C-2W라는 업그레이드 모델의 개발을 계획 중이며 여기에서 10배의 고온 을 달성할 계획을 가지고 있습니다.

 토카막 방식이나 혹은 레이저 방식에 비해서 매우 간단한 기계를 통해서 이와 같은 성과를 달성한 점은 고무적이지만, 이들의 목표는 아주 먼 곳에 있습니다. 이들은 독특하게도 B-H(붕소/수소)를 연료로 사용하려하기 때문입니다. 이 반응은 11B(p,α)αα 혹은 11B(p,3α)이라고 불리는데 아마도 이 회사의 명칭은 여기서 나온 것으로 보입니다. 이는 붕소-11 동위 원소와 수소를 이용한 핵융합 반응입니다.

1p + 11B12C
12C4He+8Be
8Be24He
 이 반응을 설명하면 붕소-11이 양성자와 핵융합 반응을 일으켜 탄소-12가 되고 다시 탄소-12는 헬륨-4와 베릴륨-8로 붕괴되며, 베릴륨-8은 최종적으로 헬륨-4 두 개로 붕괴되는 과정입니다. 즉, 베릴륨과 수소가 핵융합 반응을 통해 알파 입자 3개로 (트라이 알파) 분해되면서 에너지를 내놓는 과정입니다.
 이런 독특한 핵융합 반응을 계획한 이유는 보통 핵융합 연구에 많이 쓰이는 삼중수소가 아주 희귀하기 때문입니다. 따라서 지구에 풍부한 두 가지 원소를 사용한 것이죠. 두 번째 이유는 중성자가 나오지 않기 때문에 방사선 위험도가 훨씬 낮다는 것입니다. 따라서 핵발전소처럼 두꺼운 차폐가 필요없다는 장점이 있습니다.
 하지만 이 반응은 한 가지 큰 단점을 가지고 있습니다. 이 반응이 일어나려면 온도가 30억K에 달해야 한다는 것이죠.
 따라서 이 반응이 실제로 제어 가능한지에 대한 의구심이 적지 않지만, 아무튼 이 회사는 앞으로 계속 도전할 계획이라고 합니다. 어느 정도 현실성을 띄게 되면 정부에서 보조금을 받을 수 있겠지만, 과연 현실적으로 가능한 일인지는 좀 의구심이 드는 게 사실이죠.
 핵융합 발전은 가능만 하다면 궁극의 에너지원이라고 말할 수 있습니다. 문제는 핵융합 반응을 제어하기가 대단히 어렵다는 것이죠. 과연 인류가 언젠가 답을 찾아낼 수 있을지 궁금합니다.
 참고
 


      ​ 

공중 항모 부활? DARPA의 그렘린 프로그램


(그렘린 프로젝트의 개념도.  출처: DARPA)
 이전에도 한 번 소개드린 적이 있지만, DARPA는 C-130 같은 수송기를 무인기의 발사 플랫폼으로 이용하려는 계획을 가지고 있습니다. 좀 더 구체적으로 말하면 발사 플랫폼은 물론 나중에 회수할 수도 있는 공중 모함으로 사용하려는 계획입니다. (이전 포스트.http://blog.naver.com/jjy0501/220185479906  )

 그런데 이 계획이 그렘린 프로그램(Gremlins program)이라는 구체적인 명칭을 부여받고 개발에 나서게 된다는 소식입니다. 9월 24일에 사업 설명 및 공고를 내고 구체적인 사업 파트너사 (물론 주로 군수 업체들)을 모집할 예정으로 보입니다.
 그렘린은 우리에게는 영화에 등장하는 작은 요정같은 생물체 (이지만 괴물로 변하는)로 친숙하지만, DARPA가 이 명칭을 정한 이유는 2차 대전 당시 영국군 파일럿에 행운을 가져다주는 요정(임프) 의 명칭으로 애용되었기 때문이라고 합니다.
 그렘린 시스템은 개념도에서 보이는 것 같은 무인기를 투하한 후 정찰 및 공격 임무를 완수한 다음 다시 모선 역할을 하는 항공기로 귀환하는 것입니다. 무인기는 현대전에서 없어서는 안될 역할을 하고 있지만, 소형 무인기의 경우 작전 반경이 짧다는 문제가 있습니다. 만약 공중 모함이 있다면 무인기의 작전 범위는 획기적으로 증가할 수 있습니다.
 문제는 이전에 유사한 계획들이 그러했듯이 바로 어떻게 귀환하는가 입니다. 투하는 미사일처럼 하면 쉽게 해결될 문제지만, 안전하게 귀환하는 방법은 쉽게 해결할 수 없는 문제입니다. 아마도 이 계획의 성패는 이 부분이 쥐고 있을 것 같습니다.
 참고로 이전에 있었던 공중 항모들도 비슷한 문제에 시달렸죠.
 과연 성공할 수 있을지 궁금한데, 사람이 타는 대형 유인기가 아니라 무인기라면 가능할지도 모르겠다는 생각입니다. (그런데 이 소식을 전하면 항상 생각나는게 스타크래프트의 캐리어입니다. 과거에 좋아했던 유닛이긴 했는데, 대부분 그거 나오기 전에 승부가 나곤 했죠... )  
 참고    ​ 






2015년 8월 30일 일요일

미 해병대에서 초기 작전 적합 판정을 받은 F-35B



  사실 좀 뒷북이긴 한데 간만에 F-35B 관련 소식입니다. 그동안 정신없이 바뻐서 이제야 포스트를 올리게 되네요. 지난 2015년 7월 31일 미 해병대가 오랜 기간 테스트 했던 F-35B의 초기 작전 적합(“initial operational capability(IOC)”) 판정을 내렸습니다. 2007년 조립 라인에서 처음 나온 F-35B가 중간에 심각한 문제를 겪으면서 포기설까지 나오다 결국 2015년에 '제한적'이라는 꼬리표를 달고서라도 일단 적합 판정을 받은 것입니다. 


(USS Wasp에 착륙 중인 F-35B. An F-35B lands aboard the amphibious assault ship USS Wasp, in August 2013. US Navy



(역시 USS Wasp에서 단거리 이륙 중인 F-35. 공기 흡입구를 개방하고 엔진 노즐을 아래로 향하는 방식으로 단거리 이륙을 한다는 것을 확실하게 보여주는 사진.  ATLANTIC OCEAN (Oct. 5, 2011) The F-35B Lightning 11 takes off from the amphibious assault ship USS Wasp (LHD 1) for day three of ship trials. The F-35B is the variant of the Joint Strike Fighter for the U.S. Marine Corps, capable of short takeoffs and vertical landings for use on amphibious ships or expeditionary airfields to provide air power to the Marine Air Ground Task Force. (U.S. Navy photo by Mass Communication Specialist 3rd Class Natasha R. Chalk/Released)




(조립 라인에서 초기 작전 적합 판정까지)  



(USS Wasp에서 테스트 중인 6기의 F-35B에 관련 기사. )  


 F-35B는 본래 2010년까지 이 상태에 도달했어야 했습니다. 그러나 소프트웨어 문제를 비롯하여 매우 다양한 문제가 불거지면서 프로그램은 전체 F-35 프로그램에 큰 영향을 줄 만큼 우여곡절을 겪었습니다. 아무튼 이런 와중에도 USS Wasp에는 초기 생산된 F-35B가 탑재되었고 여러 차례의 단거리 이륙, 수직 착륙(위의 영상 참조)를 거듭한 끝에 이 전투가기 제한적이지만 작전 능력이 있다는 판정을 받기에 이르렀습니다. 


 제한적이지만 작전 능력이 있다는 의미는 단거리 이륙 및 수직 착륙이 가능하다는 (수직 이륙도 가능하긴 하지만 무장과 연료를 많이 탑재하지 못하기 때문에 이륙시에는 단거리 이륙을 하게 됨) 것 이외에도 2017년 쯤 완전 전투 능력을 확보하게 되는 F-35과 거의 동일한 센서, 방어 능력, 스텔스 능력을 가졌다는 의미라고 합니다. 여기에 덧붙여서 두 기의 공대공 미사일이나 GPS 유도 공대지 미사일 두 기를 내부 무장창에 탑재할 수 있는 상태에 이르러렀다고 합니다. 


 여기에 추가 무장을 비롯한 여러 가지 기능을 덧붙여 완전한 전투 능력을 확보하게 되는 것은 새로운 문제가 불거지지 않는다면 수년 후에는 가능하게 될 것 같습니다.  


 F-35B는 앞서 소개드린 것처럼 영국 해군을 위해 스키점프대에서 이륙하는 첫 테스트를 성공적으로 수행했습니다. ( http://blog.naver.com/jjy0501/220402004698 참조) 앞으로 영국 해군 이외에 이탈리아 역시 이 전투기를 구매할 예정이라고 합니다. 예정된 구매 물량은 우선 미 해병대가 340대 수준으로 알려져 있습니다. 다만 예산 상황에 따라 앞으로도 변동은 있을 가능성이 있습니다. F-35B의 가격이 초기에 비해 크게 급등했기 때문이죠. 


 2014년 8차 초도 저율 생산시 F-35B의 가격은 엔진 같은 주요 부품을 포함하지 않고 1억 400만 달러 수준이었습니다. 물론 이것저것 포함시키면 가격은 더 많이 상승할 것입니다. 이점은 우리가 계약한 F-35A를 기준으로 (참고로 같은 시기의 F-35A의 가격은 9800만 달러) 생각하면 쉽게 이해가 가능한 점이죠.


 하지만 그럼에도 F-35B는 단거리 이륙과 수직 착륙이 가능한 유일한 스텔스 초음속 전투기라는 (물론 잘 알려져 있다시피 속도는 별로 빠르지 않습니다) 점 때문에 앞으로 미국 뿐 아니라 다른 나라에서 구매를 고려할 가능성이 있습니다. 


 미국처럼 대형 항모를 운용하기 어려운 국가들이 비교적 작은 항모를 운용하려면 다른 대안이 사실상 없기 때문입니다. F-35B 보다 대형 항모 전단이 훨씬 비싸다는 점을 감안하면 F-35B가 좀 비싸다는 것은 그다지 큰 단점이 아닐 수도 있습니다.


 아마도 우리 말고도 일본이나 다른 국가 해군에서도 이를 주목할 텐데 우리 역시 여기에 뛰어들게 되는 것은 아닌지 하는 흥미로운 상상이 듭니다. 


 참고 




    




미래 소행성과 행성을 탐사할 나사의 미니 공중 로봇



(The Asteroid Prospector Flyer prototype in a testing gimbal.
Credits: NASA/Swamp Works)


(A schematic of the Asteroid Prospector Flyer designed for studying an asteroid and gathering samples.
Credits: NASA/Swamp Works)


(A prototype built to test Extreme Access Flyer systems in different environments.
Credits: NASA/Swamp Works)


 나사의 많은 태양계 탐사선들은 오랜 사전 기초 연구 덕에 탄생한 것들이 대부분입니다. 큐리오시티 같은 로버나 혹은 뉴호라이즌 같은 탐사선 역시 사전에 진행된 연구를 통해서 부족한 부분을 개량하고 성능을 향상시켜 최종적인 버전을 완성하게 되죠. 


 앞으로의 태양계 탐사 역시 마찬가지입니다. 나사는 화성처럼 대기가 희박한 곳이나 소행성처럼 아예 대기가 없는 장소에서 날아다니면서 탐사를 할 일종의 드론을 연구 중에 있습니다. 


 나사의 케네디 우주 센터의 스웜프 웍스(Swamp Works)의 엔지니어들은 다양한 형태의 프로토타입 비행 로봇을 개발 중에 있습니다. Extreme Access Flyers라 명명된 이 비행 로봇들은 드론이나 혹은 미니 착륙선 모양을 하고 있습니다. (위의 사진) 


 이와 같은 소형 비행 로봇을 개발하는 일은 그다지 어려워보이지 않지만, 사실은 상당한 기술적 난이도는 요하는 일이라고 합니다. 일단 눈앞에서 보면서 조작을 하는 것이 아니라 우주 저멀리에서 스스로 작동하면서 위험을 회피할 수 있어야 합니다. 여기에 정보를 수집한 후 지구로 전송까지 해야 합니다. 당연히 GPS 도 없고 통신 기지국도 없는 우주에서 그런일을 하는 것입니다. 그외에도 우주 공간은 높은 방사선과 극저온/고온의 극한적 환경입니다.


 이런 환경에서 작동할 로봇에서 또 한가지 중요한 문제는 동력입니다. 화성처럼 그나마 조금이라도 공기가 환경에서는 로켓 엔진 이외에 다른 대안도 있지만, 소행성이나 달에서 비행을 하려면 별수 없이 로켓 엔진의 힘을 빌어야 합니다. 스웜프 웍스는 여기에 대응할 수 있는 다양한 엔진과 로봇 디자인을 연구하고 있습니다. (위의 사진 참조)


 스웜프 웍스의 연구를 도와주고 있는 것은 흥미롭게도 3D 프린터입니다. 과거에는 다양한 디자인을 테스트하기 위해서 상당히 오랜 시간을 걸려서 프로토타입을 만들었지만, 이제는 3D 프린터의 도움으로 프로토타입 제작에 상당한 시간을 단축할 수 있게 되었습니다. 여기에 더해 이제는 자율 동작 로봇을 위한 컨트롤 시스템과 레이저 3D 맵핑 시스템 같은 기반 기술이 크게 발전해 개발을 더 수월하게 만들고 있습니다. 


 그럼에도 소행성이나 혜성에서 작동할 로봇을 연구하기는 쉽지 않습니다. 필레의 사례에서 보듯이 약한 중력으로 인해 조금만 잘못 되도 충돌해서 튕겨나가기 때문입니다. 현재 연구중인 Asteroid Prospector Flyer prototype은 구형의 테스트 장치인 짐볼에 탑재되어 테스트 중인데, 이런 문제를 극복하고 자세를 제어하는 시스템을 탑재하고 있습니다. (아래 영상) 




(동영상)  


 이 테스트 장치는 소행성의 미세 중력 상황을 실험실에서 구현하기 위한 것으로 앞으로 미래의 나사 탐사선은 필레가 겪었던 어려움을 겪지 않아도 될 지 모릅니다. 


 아무튼 앞으로 소형 탐사 로봇을 개발하려는 노력은 계속될 것입니다. 그리고 여기에 3D 프린터가 상당한 도움을 줄 가능성이 있습니다. 2020년 대에는 이런 탐사 로봇들이 태양계 여기 저기에서 맹활약을 하게 되지 않을까 생각합니다. 


 참고 





2015년 8월 29일 토요일

센티미터 단위의 놀라운 정확도를 보여주는 드론 시스템



 최근 드론 관련 기술은 급격한 진보를 거듭했습니다. 따라서 웬만한 내용으로는 그다지 놀랄만한 이야기가 없을 것 같지만, 아직 놀랄 일은 남아있습니다. Prenav라는 새로운 벤처에서 개발한 드론 시스템은 매우 정확해서 cm 단위의 정밀도를 가질 뿐 아니라 동시에 여러 대의 드론이 정확한 위치에서 비행할 수 있다고 합니다. 영상으로 찍은 정밀한 움직임은 놀라움을 선사합니다. 










(출처: Prenav)




(동영상) 


 확실히 이 드론들의 정밀한 움직임이 놀랍기는 하지만 대체 이런 드론이 무슨 용도가 있을까요? 처음 생각했을 때는 일종의 공중 디스플레이 및 광고 목적인지 알았는데 이 회사가 생각하는 용도는 풍력 터빈이나 혹은 기지국처럼 높은 장소에 있는 기기들을 감시하고 관리하는 것이라고 합니다. 아마도 고속으로 움직이는 풍력 터빈 주변에서 관측하는 용도로는 정확한 위치에서 블레이드를 피할 수 있는 이런 드론이 적합하다고 생각한 것 같습니다. 


 현재 이 회사는 120만 달러의 초기 자금을 가지고 개발을 진행 중입니다. 과거 밀폐된 공간에서 대형을 유지하는 형태의 드론은 본 적이 있는데, 이렇게 오픈된 공간에서도 사용이 가능하다면 몇몇 영역에서는 괜찮은 응용이 가능하겠다는 생각입니다. 제 생각엔 광고나 프로모션에도 적합할 것 같습니다. 



 참고 







가까이 다가간 인공 광합성의 꿈?




 전세계 수많은 과학자들이 태양 에너지를 이용해서 바로 유용한 물질을 생산하는 연구에 몰두해 있습니다. 예를 들어 태양 전지에서 바로 화학 반응을 일으켜서 물을 산소와 수소로 분리하는 방식이죠. 이 방법의 장점은 낮에만 생산이 가능해도 문제가 없다는 것입니다. 태양전지는 이미 널리 보급되어 있고 앞으로도 더 보급이 되겠지만, 낮시간대에만 전력 생산이 가능하다는 것은 큰 문제입니다.


 태양 에너지를 이용한 태양 화학 전지는 이런 문제를 극복할 수 있습니다. 낮에 수소를 생산해서 언제든지 다양한 장소에 에너지원으로 사용할 수 있으니까요. 더 나아가 수소를 이용해서 다양한 화학 반응에 사용할 수 있습니다.

 그러나 여기에는 여러 가지 기술적 장벽이 존재합니다. 단기간 태양 에너지를 이용해서 수소와 산소로 분리하는 촉매는 이전부터 알려져 있지만, 상업화를 이용해서는 몇 년이고 장기적으로 안정하게 양산이 가능해야 합니다.

 여기에 산소와 수소가 서로 잘 분리되어 폭발 사고의 위험성이 없어야 하며, 높은 에너지 전환 효율성으로 단위 면적당 충분한 생산이 가능해야 합니다. 그리고 종합적으로는 이 모든 과정이 경제적으로 이뤄질 수 있는 촉매와 반응 장치가 필요합니다. (예를 들어 아주 단가가 높은 희토류 원소를 사용하는 촉매나 비싼 반응용기를 사용하면 안된다는 이야기)


 이 과제를 달성하기 위해서 캘리포니아 공과대학과 미국 에너지부의 인공 광합성 합동 연구(Joint Center for Artificial Photosynthesis (JCAP))팀은 새로운 형태의 촉매와 반응용기를 개발하는 연구를 2010년부터 진행해 왔습니다. 그리고 이제 인공 광합성에 꿈에 한걸음 더 다가간 프로토타입을 내놓았습니다.


((From left to right): Chengxiang Xiang and Erik Verlage assemble a monolithically integrated III-V device, protected by a TiO2 stabilization layer, which performs unassisted solar water splitting with collection of hydrogen fuel and oxygen. Credit: Lance Hayashida/Caltech )
 

(A highly efficient photoelectrochemical (PEC) device uses the power of the sun to split water into hydrogen and oxygen. The stand-alone prototype includes two chambers separated by a semi-permeable membrane that allows collection of both gas products. Credit: Lance Hayashida/Caltech )

 태양에너지를 이용해서 물을 직접 전기 분해하는 데 어려움은 여러 가지가 있지만, 그 중에서 전해질 수용액이 실리콘이나 갈륨 비소 같은 태양에너지를 잘 흡수하는 물질을 산화(쉽게 말해 녹슬게) 시킨다는 문제였습니다.

 이 문제를 극복하기 위해서 JCAP의 과학자들은 62.5nm 두께의 초박막 산화티타늄(TiO2)을 이용해 막을 분리했습니다. 이들이 만든 태양광 반응 용기는 산소와 수소가 서로 혼합되지 않고 막으로 분리되는 특징을 지니고 있습니다. (아래 그림 참조)



(Illustration of an efficient, robust and integrated solar-driven prototype featuring protected photoelectrochemical assembly coupled with oxygen and hydrogen evolution reaction catalysts. Credit: Image provided courtesy of Joint Center for Artificial Photosynthesis; artwork by Darius Siwek. )




(동영상)

 이들이 만든 반응용기는 매우 작지만 10%라는 좋은 효율을 보였으며 40시간 동안 안정적으로 작동했습니다. 앞으로의 과제는 대규모의 수소 생산이 가능한 저렴하고 오래가는 반응 장치입니다. 일단 JCAP의 프로토타입은 목표에 가장 가까이 도달했다는 평가를 받고 있지만, 아직 갈길이 먼 상태입니다.

 근미래에 수소를 대량으로 생산하는 태양 화학 공장이 대중화 될지는 아직 알 수 없지만, 이런 식으로 연구가 진행되면 불가능한 일은 아니라고 생각됩니다.


 참고


   "A monolithically integrated, intrinsically safe, 10% efficient, solar-driven water-splitting system based on active, stable earth-abundant electrocatalysts in conjunction with tandem III–V light absorbers protected by amorphous TiO2 films." Energy Environ. Sci., 2015, Advance Article DOI: 10.1039/C5EE01786F                                         

  http://phys.org/news/2015-08-artificial-leaf-harnesses-sunlight-efficient.html#jCp

  

태양계 이야기 413 - 뉴호라이즌스호의 다음 목표


(카이퍼 벨트 천체를 탐사하는 뉴호라이즌스호의 상상도. Artist's impression of NASA's New Horizons spacecraft encountering a Pluto-like object in the distant Kuiper Belt.
Credits: NASA/JHUAPL/SwRI/Alex Parker)


 나사의 뉴호라이즌스호는 9년간의 대장정 끝에 명왕성에 도착 우리에게 생생한 모습을 전송했습니다. 아직 보내지 못한 자료가 더 많기 때문에 명왕성과 그 위성에 대한 상세한 관측 결과는 내년 쯤에야 그 전모를 모두 드러내겠지만, 그 이후에도 뉴호라이즌스호의 임무가 끝난 것은 아닙니다.


 이전에 설명한 것처럼 뉴호라이즌스호는 명왕성의 위성이 되어 상세 관측할 수 있는 기회는 없지만(명왕성의 낮은 중력과 우주선의 빠른 속도를 감안할 때 그러려면 엄청난 연료가 필요함) 대신 명왕성을 지나치므로써 새로운 탐사 기회를 얻었습니다. 뉴호라이즌스호의 경로에는 2014 MU69이라는 카이퍼 벨트 천체가 있는데, 현재 다음 탐사 목표로 유력하게 거론되고 있습니다.


 2014 MU69, 혹은 PT1(Potential Target 1, 물론 가능성 있는 목표라는 뜻) 은 카이퍼 벨트 천체(KBO, Kuiper Belt Object) 의 하나로 대략 45km 지름의 천체로 생각되고 있습니다. 카이퍼 벨트는 명왕성 궤도 밖의 얼음 천체들의 모임으로 여기에는 태양계 생성 초기의 모습을 그대로 간직한 천체들이 존재할 것으로 보입니다. 사실 혜성 중 일부도 여기서 기원하죠.


(뉴호라이즌스의 이동 경로와 PT1의 위치   Path of NASA's New Horizons spacecraft toward its next potential target, the Kuiper Belt object 2014 MU69, nicknamed "PT1" (for "Potential Target 1") by the New Horizons team. NASA must approve any New Horizons extended mission to explore a KBO.
Credits: NASA/JHUAPL/SwRI/Alex Parker)


 나사는 2016년 까지 최종 타겟을 정할 예정인데, 2014 MU69이 될 가능성이 높아 보입니다. 사실 카이퍼 벨트 천체를 직접 관측하는 것도 명왕성을 관측하는 것 만큼이나 중요한 임무입니다. 지금까지 한 번도 근접관측이 이뤄진 적이 없었기 때문이죠. 카이퍼 벨트 천체를 근접해서 관측하면 현재까지 이 천체들에 대한 이론을 검증하고 새로운 사실을 밝혀낼 결정적인 기회를 얻게 될 것입니다.


 만약 2014 MU69이 선정되면 2019년 1월에 플라이바이가 이뤄질 것으로 보입니다. 사실 나사는 PT1 이외에도 다른 가능성있는 목표들을 가지고 있는데, 이중에서 가장 과학적 가치가 높고 안전하게 플라이바이가 가능한 목표를 최종 선정하게 될 것으로 보입니다.


 실제 탐사가 이뤄진다면 어떤 천체이든 간에 인간이 보낸 탐사선이 도달한 가장 먼 천체로 기록될 것입니다. 이 얼음 세상에 과연 무엇이 존재하는지 2019년이 되면 처음으로 정체가 드러나게 될 것입니다.



 참고