<div style="text-align:left;">우주 엘리베이터(궤도 엘리베이터)에 관한 글이 얼마 전 올라왔었는데요. 그 글에 댓글 좀 달았다가 댓글만으로는 제 생각이 잘 전달되지 않을 것</div> <div style="text-align:left;">같아서 글 하나 작성해봅니다. 심심하신 분만 읽어보시기 바랍니다;;</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">※ 이 글의 작성 동기가 된 예전 게시글 (<a target="_blank" href="http://todayhumor.com/?science_50698" target="_blank">http://todayhumor.com/?science_50698</a>)</div> <div style="text-align:left;">※ 제가 작년 이맘 때 작성했던 게시글  (<a target="_blank" href="http://todayhumor.com/?science_33981" target="_blank">http://todayhumor.com/?science_33981</a>)</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"><img width="760" height="720" alt="궤도 엘리베이터.gif" src="http://thimg.todayhumor.co.kr/upfile/201506/1433303172jiHoy2r9yrV8LJe.gif"></div> <div style="text-align:left;">설계상 원하는 모습의 궤도 엘리베이터는 길이 10만km 급의 강체 막대를 지구에 꽂아놓은 것처럼 보이는 초대형 돌팔매(?)의 느낌이라 할까요?</div> <div style="text-align:left;">움짤처럼 회전하는 궤도 엘리베이터는 지구에서 멀리 떨어진 부분일수록 엄청 빠르게 회전하게 됩니다.</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">그런데 '저궤도'라고 표시한 분홍색 호가 그려지는 곳에서 선속도 v로 회전하는 물체를 '정지궤도' 및 '카운터웨이트 궤도'에 옮겨놓은 상황을</div> <div style="text-align:left;">상상하면 빨간색 호 및 황토색 호 정도밖에 따라가지 못합니다. (속도가 v로 같기 때문에 세 가지 색깔의 호의 길이는 매 순간마다 동일합니다.)</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">그러니 궤도 엘리베이터의 기둥에 해당하는 카본나노튜브 와이어는 지구에서 먼 거리일수록 올라가는 화물이 더 빨리 돌 수 있도록 힘을 전달해</div> <div style="text-align:left;">줘야만 하지요. 여기에서 문제가 발생합니다.</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"><img width="720" height="565" alt="궤도 엘리베이터 1.png" src="http://thimg.todayhumor.co.kr/upfile/201506/1433303185CFdq832UawwBWvGbt.png"></div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">그림에 내용을 대략 넣어놨습니다만 첨언하자면 분홍색 '저궤도'에서 빨간색 '정지궤도'로 엘리베이터를 올려보내는 사이에 빨간 화살표 방향으로</div> <div style="text-align:left;">관성이 작용하니까 엘리베이터 기둥(와이어)이 꺾어지는 효과가 생깁니다. (궤도가 지구에서 멀어질수록 빠르게 회전해야 곧은 모양이 유지되는데</div> <div style="text-align:left;">지상 기지에서는 화물의 승하강 에너지만 부여하므로 회전 방향으로 속도를 높힐 운동에너지는 알아서(?) 얻어내야 합니다.)</div> <div style="text-align:left;">에너지 보존법칙의 지배를 받는 이상 피해갈 수 없는 과정입니다.</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"><img width="710" height="569" alt="궤도 엘리베이터 2.png" src="http://thimg.todayhumor.co.kr/upfile/201506/1433303190pdUQZfBUbFa5RfTDH3Bsk8L4jGULsKSQ.png"></div> <div style="text-align:left;">결국 화물이 끝까지 올라가면 엘리베이터 와이어는 다시금 기둥처럼 곧은 모양을 갖추긴 하겠지만 카운터웨이트가 뒤로 제껴지는 상황이</div> <div style="text-align:left;">발생할 것입니다. 그러면 지상 기지 쪽이 문제가 되겠지요. 완공 당시에는 엘리베이터 와이어가 기둥처럼 지면에 수직으로 서있었는데</div> <div style="text-align:left;">이제는 꺾여버렸으니까요… 이 상황은 부실공사도 아니고 문자 그대로 자연스러운 현상입니다. 내려오는 화물보다 올라가는 화물이 많다면</div> <div style="text-align:left;">이러한 현상은 당연히 발생하게됩니다. 만약 내려오는 화물이 더 많다면 상황은 반대로 되겠고요. 두 경우 모두 어쩔 수 없이 감수해야만 하는</div> <div style="text-align:left;">상황이지요.</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">궤도 엘리베이터의 주 목적이 "지상의 화물(월면 개발 및 화성탐사 등 지구로 되돌아올 일이 없는 짐들…)을 궤도상에 값싸게 올리자!" 이므로</div> <div style="text-align:left;">지속적인 질량 유출이 예상됩니다. 따라서 카운터웨이트의 후방 쏠림은 피할 수 없다는 결론이 나오지요. 나중에 군사위성 수준을 초월하여</div> <div style="text-align:left;">우주전함이라도 만든다고 자재를 올린다면 어찌될런지… 바다에 떠있는 대형 항공모함도 10만톤에 육박하는데, 그 이상 될것이 뻔한 물건을</div> <div style="text-align:left;">궤도에 올린다?</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">정지궤도 공전속도는 초속 3.1km정도이니, 지표면에서 초속 0.47km로 지구 자전에 묻어가던 재료들이 '화물을 올렸다는 이유'만으로 그 속력이</div> <div style="text-align:left;">6.6배로 빨라진 우주전함으로 완성되어 버리는데… 운동에너지는 속력의 제곱에 비례하고… 어쩌면 카운터웨이트가 뒤로 쳐지는 것이 생각보다</div> <div style="text-align:left;">금방일지도 모르겠습니다.</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">이렇게 급속도로 궤도 엘리베이터가 망가지면 안될테니 엄청 묵직한 카운터웨이트를 설치하는 것이 좋겠군요. 한 10억톤 정도면 괜찮을까요?</div> <div style="text-align:left;">(그래봤자 10만톤의 1만 배일 뿐이군요. 이 정도가 큰 산 하나 무게라고 어디선가 봤습니다.) 그러면 카운터웨이트로 사용할 10억톤짜리 물체는</div> <div style="text-align:left;">어디서 가져와야할까요? 지상에서 로켓을 수없이 쏴올려서? 이럴거면 그냥 그 로켓으로 직접 우주개척을 하러 나가는게 낫겠지요…</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">그러면 지구 밖에서 카운터웨이트를 가져와야된다는 소리인데, 소행성을 끌어와야겠네요. 이건 이것대로 문제로군요. 10억톤 이상 될 소행성을</div> <div style="text-align:left;">카운터웨이트 궤도에 진입시켜야만 하는데, 지구낙하가 예상되는 소행성의 궤도를 어떻게 바꿔서 인류 멸망을 피할까? 고민하는 것이 인류의 현</div> <div style="text-align:left;">기술 수준인만큼 그 경지를 아득히 초월하는 요구 조건을 이뤄낼 수 있을지 의문입니다.</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">조금 더 구체적으로 살펴보면 '지구에 충돌할 소행성을 빗껴나가게 경우'라면 아무 방향으로나 피해가게만 하면 되는 수준이지만, 카운터웨이트용</div> <div style="text-align:left;">소행성 포획은 원하는 위치에 원하는 속력으로 소행성을 컨트롤해야 하니(지구 적도면과 카운터웨이트용 소행성의 공전궤도면이 일치해야만</div> <div style="text-align:left;">하는 초정밀제어가…) 몇 세대가 지나야 시도해 볼만한 기술력을 갖추게 될런지도 의문이고요. 만약에 소행성의 궤도 컨트롤을 잘못하기라도</div> <div style="text-align:left;">한다면 영화가 아닌 현실판 아마겟돈을 전세계 동시개봉(4D로 단 1회 상영?)으로 보게 될지도 모르겠군요.</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"><img width="706" height="698" alt="궤도 엘리베이터 3.png" src="http://thimg.todayhumor.co.kr/upfile/201506/1433303194WoOwUVzwqaOlKEG4FHVCrnpse.png"></div> <div style="text-align:left;">게다가 엘리베이터 승강기 컨트롤 역시 신경쓸 곳이 많아보입니다. 빨간색으로 표시한 정지궤도는 지구 중력과 원심력이 평형을 이루는 곳입니다.</div> <div style="text-align:left;">쉽게 말해 무중력 상태이지요. (그러니까 정지궤도에 인공위성이 잘 떠있을 수 있는 것이고요.)</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">즉, ②번 위치에서 잘 돌고있는 인공위성을 ①번 위치로 옮겨오면 지구와의 거리가 가까워져 중력을 보다 강하게 받기 때문에 ②번 위치보다</div> <div style="text-align:left;">더 빠르게 공전해야 궤도를 유지할 수 있습니다. 그런데 궤도 엘리베이터는 곧은 막대 형상이므로 ①번 위치에서의 회전속도가 ②번 위치보다</div> <div style="text-align:left;">당연히 느립니다.</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">결국, ①번 위치에서는 지구 중력이 원심력보다 우세하여 엘리베이터의 화물은 가만히 두면 다시 지구쪽으로 낙하하게 됩니다. 이러한 현상이</div> <div style="text-align:left;">발생하는 곳이 그림의 짙은 회색 영역입니다. 정지궤도 안쪽 전 영역에 해당되는 이야기이지요. 그러므로 지상기지에서는 화물이 정지궤도에</div> <div style="text-align:left;">도착할때까지는 화물을 우주 밖으로 들어올리는데에 에너지를 쏟아야 합니다.</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">그런데, ③번 위치는 상황이 반대입니다. 정지궤도 바깥이기 때문에 지구 중력이 더 약하고 따라서 천천히 돌아야 궤도를 유지할 수 있습니다.</div> <div style="text-align:left;">하지만 궤도 엘리베이터가 막대 형상을 이루고 있는 이상 ②번 위치보다 빠르게 움직이게 되므로 원심력이 우세하게 되어 화물을 내버려두면</div> <div style="text-align:left;">저절로 지구에서 멀어지는 움직임을 보일 것입니다.</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">이러한 현상이 발생하는 곳은 정지궤도 바깥쪽에 해당하는 밝은 회색 영역입니다. 따라서 올려보내던 화물이 정지궤도를 넘어가는 순간부터는</div> <div style="text-align:left;">상승시키기기 위해 밀어내는 추진력을 줘야하는 것이 아니라 카운터웨이트에 꼬라박(?)지 않도록 견인력을 줘가면 속도조절을 해줘야 하겠지요.</div> <div style="text-align:left;">생각해보면 화물을 옮겨줄 승강기를 컨트롤하는 것도 단순하지만은 않군요.</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">또한, 10만 km 거리를 왕복할 승강기의 구동방식도 문제고요. 자체동력을 이용한 자력주행이냐 외부동력에의한 견인방식이냐…</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">이처럼 하나씩 따져보면 문제될 내용들이 이것저것 튀어나오는데요. 아~ 이제 글 작성하는게 지겨워(?)져서 이쯤에서 마무리지어야겠습니다.</div> <div style="text-align:left;">생각 정리 및 검토하고 그림 그리고 글쓰고 하는데 하루는 더 걸린 것 같군요. (덕분에 각운동량, 관성모멘트, 제 1, 2 우주속도 등등 여러가지</div> <div style="text-align:left;">복습했네요;;)</div> <div style="text-align:left;"> </div> <div style="text-align:left;">그냥 재미삼아 보셨길 바랍니다. (좀 무리일까요;;)</div>