레이저 빗자루
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1. 개요
레이저 빗자루는 우주 파편을 제거하기 위한 기술로, 고출력 레이저를 사용하여 파편의 물질을 절제하고, 이로 인해 발생하는 추력을 통해 궤도를 수정하여 대기권으로 진입시켜 소멸시키는 방식이다. 1990년대 미국에서 지상 기반 레이저 빗자루 프로젝트인 오리온이 제안되었고, 2015년에는 일본 연구자들이 극한 우주 관측소 망원경에 레이저 빗자루 기능을 추가하는 것을 제안했다. 유럽의 CLEANSPACE 프로젝트는 우주 파편 추적 및 제거 레이저 스테이션 구조를 연구했다.
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| 레이저 빗자루 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 이름 | 레이저 빗자루 |
| 유형 | 지상 기반 레이저 빔 구동 시스템 |
| 목적 | 우주 쓰레기 제거 |
| 기술적 세부 사항 | |
| 기반 | 지상 기반 |
| 동력 공급 | 레이저 빔 |
| 목표 | 우주 쓰레기 |
| 작동 방식 | 레이저 빔을 사용하여 우주 쓰레기의 궤도를 변경, 대기권 진입 후 소각 유도 |
| 연구 및 개발 | |
| 관련 연구 | 우주 기반 레이저 스테이션의 궤도 요소가 소규모 우주 쓰레기 제거에 미치는 영향 레이저 캐논으로 우주 쓰레기를 청소하는 미친 계획 |
| 추가 정보 | |
| 관련 용어 | 레이저 빗자루 (laser broom) |
2. 작동 원리
레이저 빗자루는 지름이 1에서 10 cm 사이인 우주 파편을 대상으로 한다. 이러한 고속 파편과의 충돌은 위성에 상당한 피해를 입힐 뿐만 아니라 충돌한 위성 부품에서 발생하는 2차 파편을 생성한다. 레이저 빗자루는 대기를 뚫고 표적 파편으로부터 물질을 절제하기 위해 고출력으로 사용될 예정이다.[5] 절제된 물질은 작은 추력을 가하여 궤도의 원지점을 대기 상단으로 낮추어 항력을 증가시켜 잔여 궤도 수명을 단축시킨다.[6] 레이저는 절제된 플라즈마를 통해 표적이 자체적으로 보호되는 것을 방지하기 위해 펄스 방식으로 작동한다. 이 개념의 레이저 출력 레벨은 더 빠르게 효과적인 대위성 무기 개념의 출력 레벨보다 훨씬 낮다.
이 분야에 대한 연구는 표적 물질의 방향과 절제된 물체의 결과 궤도에 상당한 관련성이 있음을 지적하면서 필요한 정확한 물리적 제약 조건을 밝혀냈다.[7][8] 레이저 가이드 별과 적응 광학을 사용하면, 충분히 큰 지상 기반 레이저(1 메가줄 펄스 HF 레이저)가 합리적인 비용으로 매일 수십 개의 파편 궤도를 변경할 수 있다.[9][10]
2. 1. 레이저 절제
레이저 빗자루는 지름 1~10 cm 우주 파편을 대상으로 한다.[5] 고속 파편과의 충돌은 위성에 큰 피해를 줄 뿐만 아니라, 충돌한 위성 부품에서 2차 파편을 생성한다. 레이저 빗자루는 대기를 뚫고 고출력 레이저를 사용하여 표적 파편으로부터 물질을 절제한다.[5] 절제된 물질은 작은 추력을 발생시켜 궤도의 원지점을 대기 상단으로 낮추고, 항력을 증가시켜 잔여 궤도 수명을 단축시킨다.[6] 레이저는 절제된 플라즈마를 통해 표적이 자체적으로 보호되는 것을 방지하기 위해 펄스 방식으로 작동한다. 레이저 출력 레벨은 대위성 무기보다 훨씬 낮다.표적 물질의 방향과 절제된 물체의 궤도에 대한 연구가 진행되면서, 필요한 물리적 제약 조건이 밝혀졌다.[7][8] 레이저 가이드 별과 적응 광학을 사용하면, 충분히 큰 지상 기반 레이저(1 메가줄 펄스 HF 레이저)가 합리적인 비용으로 매일 수십 개의 파편 궤도를 변경할 수 있다.[9][10] 레이저 빔은 우주 쓰레기 표면에 에너지를 집중시켜 미세한 폭발을 일으켜 물질을 제거한다.
2. 2. 궤도 수정
레이저 빗자루는 고출력 레이저를 사용하여 우주 파편을 절제한다.[5] 절제된 물질은 작은 추력을 발생시켜 파편의 궤도 원지점을 대기 상단으로 낮춘다.[6] 이를 통해 항력을 증가시켜 잔여 궤도 수명을 단축시킨다.[6] 레이저는 절제된 플라즈마를 통해 표적이 자체적으로 보호되는 것을 방지하기 위해 펄스 방식으로 작동한다.표적 물질의 방향과 절제된 물체의 결과 궤도에 상당한 관련성이 있다는 연구 결과가 있으며,[7][8] 레이저 가이드 별과 적응 광학을 사용하면, 충분히 큰 지상 기반 레이저(1 메가줄 펄스 HF 레이저)를 통해 합리적인 비용으로 매일 수십 개의 파편 궤도를 변경할 수 있다.[9][10]
2. 3. 펄스 레이저
레이저 빗자루는 펄스 레이저를 사용하여 작동한다. 레이저를 펄스 형태로 작동시키는 이유는 절제된 플라즈마를 통해 표적이 자체적으로 보호되는 것을 방지하기 위해서이다.[5] 레이저 빗자루에 사용되는 레이저의 출력 레벨은 대위성 무기 개념의 출력 레벨보다 훨씬 낮다.[6]표적 물질의 방향과 절제된 물체의 결과 궤도에 상당한 관련성이 있음을 고려하여, 정확한 물리적 제약 조건을 밝히는 연구가 진행되고 있다.[7][8] 레이저 가이드 별과 적응 광학을 사용하면, 충분히 큰 지상 기반 레이저(1 메가줄 펄스 HF 레이저)를 통해 합리적인 비용으로 매일 수십 개의 파편 궤도를 변경할 수 있다.[9][10]
3. 역사
우주왕복선은 비행 후 검사에서 "미세한" 충돌의 증거를 일상적으로 보여주었다.[11] 1990년대에 미국에서 5억 달러의 비용이 예상되는 지상 기반 레이저 빗자루 프로젝트인 ''오리온(Orion)''이 제안되었다.[12][13][14] "프로젝트 오리온(Project Orion)"이라고도 불리는 우주 기반 레이저는 2003년에 국제 우주 정거장에 설치될 예정이었다.[15][16] 2015년, 일본 연구자들은 2017년에 ISS로 발사될 극한 우주 관측소 망원경에 레이저 빗자루 기능을 추가하는 것을 제안했다.[17][18][19][4] 2014년, 유럽의 CLEANSPACE 프로젝트는 전 세계적인 우주 파편 추적 및 제거 레이저 스테이션 구조를 연구한 보고서를 발표했다.[20][21]
3. 1. 초기 연구
우주왕복선은 비행 후 검사에서 "미세한" 충돌의 증거를 일상적으로 보여주었다.[11] 1990년대에 미국에서 5억 달러의 비용이 예상되는 지상 기반 레이저 빗자루 프로젝트인 ''오리온(Orion)''이 제안되었다.[12][13][14] "프로젝트 오리온(Project Orion)"이라고도 불리는 우주 기반 레이저는 2003년에 국제 우주 정거장에 설치될 예정이었다.[15][16]3. 2. 국제 협력
1990년대에 제안된 지상 기반 레이저 빗자루 프로젝트인 ''오리온(Orion)''은 5억 달러의 비용이 예상되었다.[12][13][14] "프로젝트 오리온(Project Orion)"이라고도 불리는 우주 기반 레이저는 2003년에 국제 우주 정거장에 설치될 예정이었다.[15][16] 2015년, 일본 연구자들은 극한 우주 관측소 망원경에 레이저 빗자루 기능을 추가하는 것을 제안했다.[17][18][19][4] 2014년, 유럽의 CLEANSPACE 프로젝트는 전 세계적인 우주 파편 추적 및 제거 레이저 스테이션 구조를 연구한 보고서를 발표했다.[20][21] 우주왕복선은 비행 후 검사에서 "미세한" 충돌의 증거를 일상적으로 보여주었다.[11]3. 3. 유럽 CLEANSPACE 프로젝트
2014년, 유럽의 CLEANSPACE 프로젝트는 전 세계적인 우주 쓰레기 추적 및 제거 레이저 스테이션 구조를 연구한 보고서를 발표했다.[20][21]4. 대한민국과 우주 쓰레기 문제
4. 1. 우주 쓰레기 감시 및 대응 체계 구축
4. 2. 우주 쓰레기 제거 기술 개발
4. 3. 국제 협력 참여
참조
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논문
Cleaning space debris with a space-based laser system
2014-08-01
[2]
논문
Impacts of orbital elements of space-based laser station on small scale space debris removal
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2018-02-01
[3]
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[4]
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The Mad Plan to Clean Up Space Junk With a Laser Cannon
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2021-04-10
[5]
논문
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논문
Laser-based removal of irregularly shaped space debris
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Space Junk Crisis: Time to Bring in the Lasers
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Proposal Would Put Laser Cannon on ISS to Blast Space Junk
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Small debris removal by laser illumination and complementary technology
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