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스타트램

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목차

1. 개요

스타트램은 초전도 자기 부상 기술을 활용하여 우주 발사 비용을 획기적으로 절감하고, 궤도 진입 효율을 높이는 것을 목표로 하는 개념이다. 제임스 R. 파월과 조지 메이스 박사가 주도하여 개발되었으며, 1세대(무인 우주선 발사), 2세대(유인 캡슐 발사), 1.5세대(절충형) 시스템으로 구성된다. 스타트램은 1960년대 자기 부상 개념 발명에서 시작되어, 2001년 논문과 특허를 통해 구체화되었다. 1세대 시스템은 130km 길이의 터널을 통해 30g의 가속도로 무인 우주선을 발사하며, 2세대 시스템은 저중력 가속과 높은 고도를 통해 유인 캡슐 발사를 목표로 한다. 스타트램은 기술적 과제와 경제적 과제를 극복해야 하며, 대규모 전력 공급, 초전도 기술, 튜브 설치의 어려움 등이 주요 도전 과제로 꼽힌다. 성공적인 개발 시 화물 운송, 유인 우주여행, 우주 관광 등 다양한 분야에 활용될 수 있으며, 우주 개발의 새로운 지평을 열 수 있을 것으로 기대된다.

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스타트램
스타트램
유형우주 발사 시스템
상태제안됨
개발자리브래시 굿얼
발사체자기부상식 발사
비용200억 달러 (1단계)
단가25달러/kg (예상)
궤도 도달 능력저궤도
첫 발사2050년대 (예상)
특징
길이1단계: 3 ~ 7 km
2단계: 22 km
발사 가속도30g
관련 정보
관련 프로젝트자기부상
우주 엘리베이터

2. 역사

낮은 속도의 자기 발사 보조 장치용 테스트 모델 규모의 트랙


자기 부상 수평 발사 보조 시스템에 대한 이전의 개념, MagLifter


스타트램의 역사는 초전도 자기 부상 기술을 바탕으로 하고 있다. 이후 스타트램 설계는 1세대, 2세대 및 대체 1.5세대 변형으로 수정되었다.[1]

2. 1. 초전도 자기 부상 기술의 발전

제임스 R. 파월은 1960년대에 동료인 고든 댄비와 함께 초전도 자기 부상 개념을 발명했으며, 이는 이후 현대적인 자기 부상 열차로 발전했다.[1]

2. 2. 스타트램 프로젝트의 시작

1990년대 중반, NASA 본부, 마셜 우주 비행 센터 및 주요 민간 혁신가들은 우주 접근 및 개발의 기본 패러다임을 바꾸기 위한 노력을 기울였다. 이러한 노력에는 전자기 발사 방법과 우주에서 고출력 전기 시스템에 대한 새로운 접근 방식이 포함되었다.[11]

제임스 R. 파월은 1960년대에 동료인 고든 단비와 함께 초전도 자기 부상 개념을 발명했으며, 이는 이후 현대적인 자기 부상 열차로 발전했다.[1] 이후 파월은 브룩헤븐 국립 연구소에서 근무한 항공우주 공학자인 조지 메이스 박사와 함께 StarTram, Inc.를 공동 설립했다.[2]

StarTram 설계는 2001년 논문[3] 및 특허[4]에 처음 게재되었으며, 1994년 존 C. 맹킨스가 개발한 MagLifter에 대한 논문을 언급했다.[5] MagLifter 개념은 짧은 트랙으로 수백 m/s의 자기 부상 발사 보조 장치를 포함했으며, 90%의 예상 효율성을 보였다.[6] StarTram은 본질적으로 MagLifter를 훨씬 더 극단적으로 발전시킨 것이다. MagLifter와 StarTram은 이듬해 NASA의 케네디 우주 센터를 위해 ZHA에서 수행한 개념 연구에서 함께 논의되었으며, 파월과 단비와 함께 Maglev 2000에서도 함께 고려되었다.[7][8][9]

NASA에서 우주 기술(프로그램 개발) 부국장 보좌관을 역임한 존 래더는 StarTram이 100배 이상 우주 접근 비용을 줄이고 효율성을 향상시키기 위해 근본적인 원리에서 구상되었다고 언급했다.[11] StarTram 접근 방식의 전반적인 타당성과 비용은 2005년 샌디아 국립 연구소에서 수행된 철저한 "살인 심사" 연구를 통해 검증되었다.[11]

3. 시스템 구성

스타트램은 크게 1세대(Gen-1), 2세대(Gen-2), 그리고 1.5세대(Gen-1.5) 시스템으로 구성된다. 1세대는 무인 화물 운송을, 2세대는 유인 우주선 발사를 목표로 한다. 1.5세대는 유인 우주선 발사를 목표로 하지만 2세대보다 낮은 속도로 발사하여 건설 비용을 절감하는 방식이다.[12][1][20][21]

3. 1. 1세대 시스템 (Gen-1)

1세대(Gen-1) 시스템은 무인 우주선을 130km 길이의 터널을 통해 30 g로 가속하는 방식이다.[12] 출구에 설치된 기계식 셔터가 잠시 열리는 동안 플라즈마 창이 진공 상태를 유지하고, MHD 펌프를 통해 공기를 배출한다. 이 플라즈마 창은 이전보다 크기가 커져 직경 3m에 대해 약 2.5 MW의 전력을 소비할 것으로 예상된다.[12] 기본 설계에서 출구는 해발 6000m 높이의 산봉우리 표면에 위치하며, 10도 각도로 8.78km/s의 속도로 발사된 화물 캡슐은 소형 로켓 연소를 통해 낮은 지구 궤도에 진입한다. 이때 궤도 원형화를 위해 0.63km/s의 속도가 추가된다. 동쪽으로 발사하면 지구 자전에 의한 추가 속도를 얻을 수 있으며, 이는 대기 항력으로 인한 손실(0.8km/s)을 포함한 상승 중 손실을 보상하고도 남는 수준이다.[1][13]

직경 2m, 길이 13m인 40톤 화물 우주선은 대기 통과 시 일시적인 영향을 받는다. 유효 항력 계수가 0.09인 길쭉한 발사체의 최대 감속도는 일시적으로 20g에 달하지만, 처음 4초 이내에 절반으로 줄어들고 나머지 대기권을 빠르게 통과하면서 계속 감소한다.

발사 튜브를 통과한 직후, 최적 노즈 형상에서 가열 속도는 정체점에서 약 30 kW/cm2에 이르지만, 노즈 대부분의 영역에서는 훨씬 낮아 몇 초 안에 10 kW/cm2 미만으로 떨어진다.[1] 이를 위해 증발 수냉 방식이 계획되어 있으며, 초당 최대 ≈ 100 리터/m2의 물을 소비한다. 발사체 질량의 몇 퍼센트 정도의 물이면 충분할 것으로 계산된다.[1]

Gen-1 터널 튜브 자체는 초전도체나 극저온 냉각이 필요 없으며, 지역 지표면보다 높은 고도에 위치하지 않는다. SMES를 전력 저장 방식으로 사용할 가능성을 제외하면, 초전도 자석은 움직이는 우주선에만 부착된다. 가속 터널 벽에 설치된 비교적 저렴한 알루미늄 루프에 전류를 유도하여 10cm 간격으로 우주선을 부상시키고, 벽의 두 번째 알루미늄 루프 세트가 교류(AC) 전류를 전달하여 우주선을 가속하는 선형 전동기 방식이다.[1]

파월은 하루에 10회 이상 35톤의 탑재체를 발사할 경우, 총 비용(주로 하드웨어 비용)이 킬로그램당 43달러가 될 것으로 예측했다. 이는 당시 킬로그램당 10,000달러에서 25,000달러 수준이던 로켓 발사 비용에 비해 매우 저렴한 것이다.[14] 낮은 지구 궤도 도달에 필요한 전력 에너지 비용은 탑재체 1kg당 1달러 미만으로 추정된다. 현대 산업 전기 비용인 킬로와트시당 6센트, 8.78km/s 발사에 필요한 운동 에너지 38.5MJ/kg, 그리고 이 선형 전동기의 높은 효율(87.5%)을 고려한 결과이다.[1][15]

3. 2. 2세대 시스템 (Gen-2)

스타트램의 2세대(Gen-2)는 재사용 가능한 유인 캡슐을 발사하기 위한 시스템이다. 발사 튜브 내에서 낮은 중력 가속도(2~3g)로 작동하며, 22km의 높은 고도에서 발사되어 공기역학적 감속 피크가 약 1g가 되도록 설계되었다.[1] NASA 시험 조종사들은 이러한 중력 가속도를 여러 번 다루었지만,[17] 낮은 가속도는 일반 대중의 우주여행을 가능하게 하기 위한 것이다.

스타트램 2세대(Generation 2)의 모습. 대기 질량의 96% 이상까지 뻗어있는, 1세대(Gen-1)보다 훨씬 큰 거대 구조물이다.


이러한 비교적 느린 가속도로 인해 2세대 시스템은 1000km에서 1500km의 길이를 필요로 한다. 튜브 길이 대부분을 차지하는 비상승 부분의 비용은 1km당 수천만 달러로 추정된다. 이는 과거 초전도 초충돌기 프로젝트의 터널링 부분(원래 72km의 5m 직경의 진공 터널을 20억 달러에 굴착할 계획이었음) 또는 자기 부상 열차 노선의 일부와 유사한 단위 길이당 비용이며, 파웰의 매그레브 2000 시스템은 주요 비용 절감 혁신을 주장하고 있다.[1] 해수면보다 3km 높은 남극 지역은 한 가지 부지 옵션인데, 특히 얼음 시트가 비교적 쉽게 터널링할 수 있는 것으로 간주되기 때문이다.[25]

상승된 끝 부분의 경우, 이 설계는 질량 구동기의 발사 튜브를 들어 올리는 데 있어 자기 부상이 다른 대안 (테더 기구,[18] 압축 또는 팽창식 항공 우주 재료 거대 구조물)보다 상대적으로 저렴한 것으로 간주한다.[19] 지상 케이블의 280메가암페어 전류는 해수면 22km에서 30가우스 강도의 자기장을 생성하며 (부지 선택에 따라 지역 지형 위에서는 다소 적음), 튜브의 상승된 최종 부분의 케이블은 반대 방향으로 14메가암페어의 전류를 흘려 미터당 4톤의 척력을 생성한다. 이는 2톤/미터 구조물을 각진 테더, 즉 대규모 인장 구조물을 강력하게 누르게 유지한다고 주장한다.[3] 니오븀-티타늄 초전도체가 cm2당 2 × 105 암페어를 전달하는 경우, 부상 플랫폼은 7개의 케이블을 갖게 되며, 각 케이블은 구리 안정제를 포함할 때 도체 단면이 23cm2이다.[4]

3. 3. 1.5세대 시스템 (Gen-1.5)

Gen-1.5영어는 해발 약 6000m의 산꼭대기에서 4km/s의 속도로 여객 우주선을 발사하며, ≈ 270km 길이의 터널을 통해 ≈ 3 g의 가속도로 이동하는 방식이다.[20][21]

건설 비용은 Gen-2영어 버전보다 낮지만, Gen-1.5영어는 로켓 추진과 같은 다른 수단을 통해 4km/s 이상의 속도를 확보해야 한다는 점에서 다른 StarTram 변형과 다르다. 그러나 로켓 방정식의 비선형적 특성으로 인해 이러한 차량의 탑재 하중 비율은 전자기 발사기의 도움을 받지 않는 기존 로켓보다 훨씬 더 크며, 가용 중량 여유가 크고 안전율이 높은 차량은 현재의 8km/s 로켓보다 대량 생산, 재사용 및 빠른 턴어라운드가 훨씬 쉬울 것이다. 파월 박사는 현재 발사체가 "고장 지점 근처에서 작동하는 복잡한 시스템이 많고, 중복성이 매우 제한적"이며, 중량 대비 극도로 높은 하드웨어 성능이 비용의 주요 요인이라고 말한다. (연료 자체는 현재 궤도 진입 비용의 1% 정도이다).[20][21]

또는, Gen-1.5영어는 운동량 교환 궤도삭과 같은 다른 비로켓 우주 발사 시스템과 결합될 수 있는데, 이는 4km/s의 차량을 궤도로 올리는 데 사용된 HASTOL 개념과 유사하다. 궤도삭은 고도로 지수적인 스케일링의 영향을 받기 때문에, 이러한 궤도삭은 자체적으로 완전한 궤도 속도를 제공하는 궤도삭보다 현재 기술을 사용하여 훨씬 쉽게 건설할 수 있다.[22]

이 제안에서 발사 터널 길이는 승객에게 더 큰 힘을 가하는 것을 수용함으로써 줄일 수 있다. ≈ 50km~80km 길이의 터널은 ≈ 10-15 g의 힘을 발생시키는데, 이는 신체적으로 적합한 테스트 조종사가 원심 분리 테스트에서 성공적으로 견뎌냈지만, 터널이 더 길어지면서 가속도가 느려지면 승객 요구 사항이 완화되고 최대 전력 소비가 감소하여 전력 조절 비용이 감소할 것이다.[1][23]

4. 기술적 특징

스타트램은 자기 부상 기술을 사용한다.

4. 1. 가속 및 발사

Gen-1 시스템은 무인 우주선을 130km 길이의 터널을 통해 30 g로 가속하여 8.78km/s의 발사 속도에 도달시킨다.[1] 발사 시에는 출구의 기계식 셔터가 잠시 열리고, 플라즈마 창이 진공 손실을 방지하며, MHD 펌프로 공기를 배출한다.[12] 출구는 해발 6000m의 산봉우리에 위치하며, 10도 각도로 발사된 화물 캡슐은 소형 로켓 연소를 통해 낮은 지구 궤도에 진입한다.[1]

Gen-2 시스템은 유인 캡슐을 위한 것으로, 1000km에서 1500km 길이의 튜브 내에서 2~3g의 낮은 가속도로 발사한다.[1] 22km의 높은 고도에서 상승하여 공기역학적 감속 피크가 1g가 되도록 설계되었다.[1] 낮은 가속도는 일반 대중의 탑승을 고려한 것이다.[17]

Gen-1.5 시스템은 여객 우주선을 해발 약 6000m의 산꼭대기에서 4km/s의 속도로 발사하며, 270km 길이의 터널을 통해 3g의 가속도로 이동한다.[23] Gen-1.5는 로켓 추진과 같은 추가적인 수단을 통해 4km/s 이상의 속도를 확보해야 하지만, 로켓 방정식의 비선형적 특성 덕분에 탑재 하중 비율이 높아져 더 큰 안전율을 확보할 수 있다.[20][21]

4. 2. 대기권 통과

Gen-1 시스템은 발사 후 대기권을 통과할 때 높은 가열과 감속을 겪는다. 40톤 화물 우주선은 0.09의 항력 계수로 인해 산에서 발사될 때 최대 20g의 감속을 경험하지만, 처음 4초 이내에 절반으로 줄어들고 대기를 통과하면서 계속 감소한다.[1] 발사 직후 정체점에서는 가열 속도가 약 30 kW/cm2에 달하지만, 몇 초 안에 10 kW/cm2 미만으로 떨어진다.[1] 이러한 가열을 막기 위해 증발 수냉 방식이 사용되며, 초당 최대 100L/m2의 물을 소비하여 발사체 질량의 몇 퍼센트의 물로 충분하다.[1]

Gen-2 시스템은 22km의 높은 고도에서 발사되어 공기역학적 감속 피크가 1g가 되도록 설계되었다.[1]

5. 경제성 및 잠재력

스타트램은 선형 동기 전동기와 유사한 지상 시설을 통해 발사 후 광범위한 유지 보수 없이 재사용이 가능할 것으로 예상된다. 이는 궤도 진입 요구 사항 대부분을 지상 인프라에 맡겨, 우주 왕복선처럼 킬로그램당 25,000달러에 달하는 비용을 절감할 수 있도록 설계되었다.[8] 1세대 건설 비용은 190억달러, 승객 수송이 가능한 2세대는 670억달러로 추산된다.[1]

1. 5세대 설계는 4km/s의 발사 속도를 가지며, 이는 1세대(8.8km/s)와 마그리프터 설계(50톤 차량, 0.3km/s 로켓 썰매 발사 지원, 2억달러 예상 비용) 사이의 속도이다.[1][24]

2세대 스타트램의 목표는 1인당 13,000달러의 비용으로, 10년마다 최대 400만 명을 궤도로 수송할 수 있을 것으로 추정된다.[1]

5. 1. 비용 절감

스타트램 지상 시설은 대규모 선형 동기 전동기와 같아서 광범위한 유지 보수 없이 각 발사 후 재사용이 가능할 것으로 예상된다. 이는 궤도 진입에 필요한 요구 사항의 대부분을 "강력한 지상 인프라"로 이전하며, 무게 대비 고성능을 요구하거나 우주 왕복선의 25000USD에 달하는 비행 가능한 건조 중량 비용을 요구하지 않도록 설계되었다.[8] 1세대 건설 비용은 190억달러, 승객 수송이 가능한 2세대는 670억달러로 추산된다.[1]

2세대 스타트램의 목표는 1인당 13000USD이다. 2세대 시설은 10년마다 최대 400만 명을 궤도로 보낼 수 있을 것으로 추정된다.[1]

5. 2. 잠재적 활용

스타트램은 각 발사 후 광범위한 유지 보수 없이 재사용이 가능한 대규모 선형 동기 전동기와 같은 지상 시설 개념을 가지고 있다. 이는 궤도 진입에 필요한 요구 사항 대부분을 "강력한 지상 인프라"로 이전하며, 무게 대비 고성능을 요구하거나 우주 왕복선의 킬로그램당 25000USD에 달하는 비행 가능 건조 중량 비용을 요구하지 않도록 설계되었다.[8] 설계자들은 1세대 건설 비용을 190억달러, 승객 수송이 가능한 2세대는 670억달러로 추산한다.[1]

대안으로 제시된 1.5세대 설계는 4km/s의 발사 속도를 가지며, 이는 1세대의 8.8km/s와 마그리프터 설계(50톤 차량의 경우 0.3km/s 로켓 썰매 발사 지원에 2억달러의 예상 비용) 사이의 속도이다.[1][24]

2세대의 목표는 1인당 13000USD이다. 추정에 따르면, 2세대 시설당 10년마다 최대 400만 명의 인원을 궤도로 보낼 수 있다.[1]

6. 과제

스타트램 프로젝트는 기술적, 경제적 과제를 안고 있다.

기술적인 면에서, 1세대(Gen-1) 시스템은 무인 우주선을 130km 길이의 터널을 통해 30 g로 가속하는 방식을 제안한다.[12] 터널 출구에는 기계식 셔터와 플라즈마 창이 있어 진공 상태를 유지하고, MHD 펌프를 통해 공기를 배출한다.[12] 이 시스템은 해발 6000m 높이의 산봉우리에서 8.78km/s의 속도로 화물 캡슐을 낮은 지구 궤도로 발사한다.[1][13] 2세대(Gen-2) 시스템은 유인 우주선 발사를 위한 것으로, 낮은 g 가속도(2~3g)와 22km의 높은 고도를 활용한다.[1]

경제적인 면에서는, 스타트램 시스템 구축에 막대한 초기 투자 비용이 필요하다는 점이 가장 큰 과제이다. 1세대 건설 비용은 190억달러, 승객 수송이 가능한 2세대는 670억달러로 추산된다.[1] 1세대 시스템의 경우, 저렴한 저장, 빠른 전력 공급 및 전력 요구 사항 처리가 주요 과제로 꼽힌다.[25]

6. 1. 기술적 과제

Gen-1 시스템은 무인 우주선을 130km 길이의 터널을 통해 30 g로 가속하는 것을 제안한다.[12] 터널 출구에는 기계식 셔터가 있고, 플라즈마 창이 진공 손실을 방지하며, MHD 펌프로 공기를 배출한다.[12] 기준 설계에서 출구는 해발 6000m의 산봉우리에 위치하며, 10도 각도로 8.78km/s의 발사 속도로 화물 캡슐을 낮은 지구 궤도로 보낸다.[1][13]

Gen-1의 터널 튜브 자체는 초전도체나 극저온 냉각이 필요 없으며, 지표면보다 더 높은 고도에 있지 않다.[1] SMES를 전력 저장 방법으로 사용할 가능성을 제외하면, 초전도 자석은 움직이는 우주선에만 있고, 가속 터널 벽의 알루미늄 루프에 전류를 유도하여 우주선을 부상시키고 가속한다.[1]

파월은 하루에 10회 이상 35톤의 탑재체를 발사하는 경우, 총 비용이 킬로그램당 43달러가 될 것으로 예측했다.[14] 낮은 지구 궤도에 도달하기 위한 전력 에너지의 추정 비용은 탑재체 1kg당 1달러 미만이다.[1][15]

Gen-2 시스템은 재사용 가능한 유인 캡슐을 위한 것으로, 발사 튜브 내에서 낮은 g (2~3g) 가속도와 22km의 높은 고도에서 상승하여 공기역학적 감속 피크가 ≈ 1g가 되도록 설계되었다.[1] NASA 시험 조종사들은 이러한 g-force를 다루었지만,[17] 낮은 가속도는 일반 대중에게 적용될 수 있도록 하기 위한 것이다.

이러한 느린 가속도로 인해 Gen-2 시스템은 1000km 에서 1500km 길이를 필요로 한다.[1] 튜브 길이 대부분을 차지하는 비상승 부분의 비용은 km당 수천만 달러로 추정된다.[1] 해수면보다 3km 높은 남극 지역은 한 가지 부지 옵션인데, 얼음 시트가 비교적 쉽게 터널링할 수 있기 때문이다.[25] 상승된 끝 부분은 질량 구동기의 발사 튜브를 들어 올리는 데 자기 부상을 이용한다.[19]

Gen-1.5는 해발 약 6000m의 산꼭대기에서 4km/s의 속도로 여객 우주선을 발사하며, ≈ 270km 길이의 터널을 통해 ≈ 3 g의 가속도로 이동한다. 건설 비용은 Gen-2 버전보다 낮지만, Gen-1.5는 로켓 추진과 같은 다른 수단을 통해 4+ km/s의 속도를 확보해야 한다.[20][21]

또는, Gen-1.5는 운동량 교환 궤도삭과 같은 다른 비로켓 우주 발사 시스템과 결합될 수 있다.[22]

≈ 50km 에서 80km 길이의 터널은 ≈ 10-15 g의 힘을 발생시키는데, 이는 신체적으로 적합한 테스트 조종사가 견뎌냈지만, 터널이 더 길어지면 가속도가 느려져 승객 요구 사항이 완화되고 최대 전력 소비가 감소하여 전력 조절 비용이 감소할 것이다.[1][23]

스타트램 지상 시설 개념은 대규모 선형 동기 전동기와 같아서 광범위한 유지 보수 없이 각 발사 후 재사용이 가능하다고 주장된다.[8] 설계자들은 1세대 건설 비용을 190억 달러로, 승객 수송이 가능한 2세대는 670억 달러로 추산한다.[1]

Gen-1의 가장 큰 과제는 연구자들이 충분히 저렴한 저장, 빠른 전력 공급 및 전력 요구 사항 처리를 꼽고 있다.[25]

필요한 전기에너지 저장(평균 약 50기가와트, 최고 약 100기가와트로 30초에 걸쳐 방전)의 경우, 이러한 규모의 SMES 비용 효율은 킬로줄 당 약 1달러, kW-peak 당 20달러로 예상된다.[1]

Gen-1의 가장 큰 예상 자본 비용은 초기 DC 방전에서 AC 전류 파형으로의 전력 조절로, 최대 100기가와트에 이르는 매우 높은 전력을 몇 초 동안 처리하는 데 드는 비용은 kW-peak당 100달러로 추정된다.[1]

Gen-2는 차량과 튜브의 일부를 모두 부상시키는 향상된 발사 튜브를 도입하여(차량만 부상시키는 Gen-1 및 Gen-1.5와는 달리) 특별한 추가 과제를 제시한다.[31][32] StarTram의 Gen-2 버전의 경우, 최대 22km까지 트랙을 부상시켜야 한다.

두 전도성 선 사이의 힘은 F=(\mu I_1 I_2 l)/(2\pi r)로 주어진다. (앙페르의 힘 법칙)[4] 여기서 F는 힘, \mu = \mu_0 \mu_r는 투자율, I_1, I_2는 전류, l은 선의 길이, r은 그 사이의 거리이다.

니오브-티타늄 초전도체의 성능은 기술적으로 충분하지만,[4] 경제성에 대한 불확실성은 Gen-2에 대한 훨씬 더 낙관적인 가정을 포함한다.[1]

연구자들은 앙페르의 힘 법칙의 결과인 힘의 작용 측면에서 부상이 작동하는지 여부에 대해 의심의 여지가 없다고 생각하지만, 튜브 설치의 실제적인 기술적 복잡성을 주요 과제로 보고 있으며,[25] 상당 부분의 엔지니어링 분석은 바람에 의한 굽힘 처리에 집중되었다.[4]

6. 2. 경제적 과제

스타트램 시스템 구축에는 막대한 초기 투자 비용이 필요하다. 설계자들은 1세대 건설 비용을 190억달러로, 승객 수송이 가능한 2세대는 670억달러로 추산한다.[1]

Gen-1의 가장 큰 과제는 연구자들이 충분히 저렴한 저장, 빠른 전력 공급 및 전력 요구 사항 처리를 꼽고 있다.[25] 필요한 전기에너지 저장(평균 약 50기가와트, 최고 약 100기가와트로 30초에 걸쳐 방전)의 경우, 이례적인 규모의 SMES 비용 효율은 킬로줄 당 약 1달러, kW-peak 당 20달러로 예상된다.[1]

Gen-1의 가장 큰 예상 자본 비용은 초기 DC 방전에서 AC 전류 파형으로의 전력 조절로, 최대 100기가와트에 이르는 매우 높은 전력을 몇 초 동안 처리하는 데 드는 비용은 kW-peak당 100달러로 추정된다.[1]

Gen-2는 차량과 튜브의 일부를 모두 부상시키는 향상된 발사 튜브를 도입하여(차량만 부상시키는 Gen-1 및 Gen-1.5와는 달리) 특별한 추가 과제를 제시한다. 2010년 기준으로 운영되는 자기 부상 시스템은 약 만큼 열차를 부상시킨다.[31][32] StarTram의 Gen-2 버전의 경우, 최대 까지 트랙을 부상시켜야 하며, 이는 150만 배 더 긴 거리이다.

니오브-티타늄 초전도체의 성능은 기술적으로 충분하지만,[4] 경제성에 대한 불확실성은 Gen-2에 대한 훨씬 더 낙관적인 가정을 포함한다. 즉, 초전도체 1 kA-미터당 0.2달러로 예상되는 반면, Gen-1의 경우 1 kA-미터당 2달러로 가정한다(Gen-1은 발사 튜브가 부상되지 않지만 대형 SMES 및 발사된 자기 부상 장치 내부에 초전도 케이블을 사용한다).[1]

참조

[1] 웹사이트 StarTram2010: Maglev Launch: Ultra Low Cost Ultra High Volume Access to Space for Cargo and Humans http://www.startram.[...] startram.com 2011-04-23
[2] 웹사이트 StarTram Inventors http://www.startram.[...] 2011-04-25
[3] 서적 2001 IEEE Aerospace Conference Proceedings (Cat. No.01TH8542) 2001
[4] 웹사이트 Space tram http://www.freepaten[...] 2011-04-24
[5] 웹사이트 John C. Mankins http://www.spaceisla[...] 2011-04-24
[6] 간행물 Maglifter Tradeoff Study and Subscale System Demonstrations
[7] 웹사이트 Spaceport Visioning Project Description https://web.archive.[...] 2011-04-24
[8] 웹사이트 Spaceport Visioning https://web.archive.[...] 2011-04-24
[9] 웹사이트 MagLifter http://www.maglev200[...] 2011-04-24
[10] 웹사이트 President of RCIG, Dr. John D.G. Rather http://www.rciginc.c[...] 2011-04-27
[11] 웹사이트 Transformational Technologies to Expedite Space Access and Development http://www.ias-spes.[...] Space, Propulsion & Energy Sciences International Forum 2012-03-23
[12] 웹사이트 StarTram - a revolution in transport into orbit? http://www.boinc.sk/[...] 2011-11-11
[13] 웹사이트 StarTram Technology http://www.startram.[...] 2011-04-24
[14] 문서 "SpaceCast 2020" Report to the Chief of Staff of the Air Force 1994-06-22
[15] 웹사이트 StarTram http://www.spaceagep[...] spaceagepub.com 2009-06-04
[16] 웹사이트 Atmosphere Table http://www.pdas.com/[...] 2011-04-28
[17] 문서 Bioastronautics Data Book SP-3006 http://articles.adsa[...] NASA
[18] 서적 2081: A Hopeful View of the Human Future https://archive.org/[...] Simon and Schuster
[19] 문서 Canonical List of Space Transportation and Engineering Methods http://www.oocities.[...]
[20] 웹사이트 StarTram - The Key to Low-Cost Lunar Bases and Human Exploration http://pdf.aiaa.org/[...] 2011-04-29
[21] 문서 U.S. Air Force Research Report No. AU-ARI-93-8: LEO On The Cheap LEOonthecheap.pdf 2011-04-29
[22] 문서 Design and Simulation of Tether Facilities for HASTOL Architecture 2000-07-17
[23] 웹사이트 Constant Acceleration http://hyperphysics.[...] 2011-04-29
[24] 웹사이트 The Maglifter: An Advanced Concept Using Electromagnetic Propulsion in Reducing the Cost of Space Launch http://forum.nasaspa[...] NASA 2011-05-24
[25] 웹사이트 Frequently Asked Questions About StarTram https://docs.google.[...] 2011-04-24
[26] 웹사이트 Supercapacitors See Growth As Costs Fall http://www.electroni[...] 2006-03-01
[27] 웹사이트 L5 News, Sept 1980: Mass Driver Update https://web.archive.[...] 2011-04-25
[28] 웹사이트 Pulse Power Switching Devices http://www.electrics[...] 2011-04-24
[29] 웹사이트 Test Sets World Land Speed Record http://www.af.mil/ne[...] U.S. Air Force 2015-10-25
[30] 웹사이트 846TS Magnetic Levitation (MAGLEV) Sled Track Capability http://www.holloman.[...] U.S. Air Force 2015-10-25
[31] 간행물 Characteristics of electromagnetic force of EMS-type maglev vehicle using bulk superconductors 2000-09
[32] 간행물 The theory of electromagnetic levitation http://www.iop.org/E[...] 1985-09
[33] 웹사이트 Cost Projections for High Temperature Superconductors https://arxiv.org/ft[...] 2011-04-24
[34] 문서 Table 2: Apollo Manned Space Flight Reentry G Levels http://lsda.jsc.nasa[...] NASA
[35] 웹인용 StarTram2010: Maglev Launch: Ultra Low Cost Ultra High Volume Access to Space for Cargo and Humans http://www.startram.[...] startram.com 2011-04-23


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