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음속 20배 초고속 항공기 개발중

록히드마틴, NASA와 협력해 미래형 기술 연구

미국 팔로알토(Palo Alto) 시에 있는 한 연구소에서 매우 특별한 연구가 진행되고 있다. 항공우주 분야의 거대 기업 록히드 마틴(Lockheed Martin)이 그 주인공. NASA(미 항공우주국)와 협력해 인류역사를 바꾸어놓을 수 있는 미래형 기술들을 개발하고 있다.

끊임없이 발생하는 천재지변으로부터 인류를 보호하고, 수수께끼에 둘러싸인 우주의 기원을 밝혀내며, 소리보다 20배나 빠른 속도로 초고속 비행을 하면서, 혹시 지구로 돌진할지 모르는 혜성을 막아보자는 것이다.

지난 8일자 ‘텔리그라프’ 지에 따르면 현재 개발 중인 첫 번째 기술은 ‘번개추적장치(GLM, Geostationary Lightning Mapper)’다. 심각한 폭풍(strom)의 발달을 조기에 알아내 폭우와 토네이도 같은 재난들을 사전에 대비할 수 있는 센서 기술이다.

번개 추적해 토네이도 등 기상재해 예측 

록히드 마틴 사의 스코트 파우즈(Scott Fouse) 부사장은 “잇단 번개가 발생하는 상황에서 구름 속에서는 다양한 변화가 일어나고 있다”고 말했다. “이런 변화들을 센서를 통해 정확히 감지하면 이후 발생할 수 있는 심각한 기상재해를 미리 대비할 수 있다”고 말했다.

심각한 폭풍(strom)의 발달을 조기에 알아낼 수 있는 '번개추적 창치(GML).  폭우와 토네이도 같은 재난들을 사전에 미리 알아내 재난을 대비할 수 있다.

심각한 폭풍(strom)의 발달을 조기에 알아낼 수 있는 ‘번개추적 창치(GLM). 폭우와 토네이도 같은 재난들을 사전에 미리 알아내 재난을 대비할 수 있다. 내년에 기상위성에 실어 우주상공으로 발사할 계획.  ⓒwww.goes-r.gov/

개발 중에 있는 ‘번개추적장치(GLM)’ 센서는 구름 속에서 일어나고 있는 상황을 감지할 수 있는 기능을 지니고 있다. 미국 기상청에서 제작한 기상위성 ‘GOES-R’에 설치돼 내년에 우주상공으로 발사될 예정이다.

위성을 제작 중인 스티븐 졸리(Steven Jolly) 수석 엔지니어는 “허블 망원경이 별들을 24시간 관찰하듯이 GLM도 지구 상공에서 번개가 치는 것을 분석한 후 토네이도, 폭풍우와 같은 기상재해가 발생할 것을 사전에 포착할 수 있다”고 말했다.

GLM을 활용할 경우 토네이도 발생을 약 10분 전에 예측할 수 있다. 이런 기능이 가능한 것은 1초 동안 500장의 비율로 촬영해 기상현상을 분석하고, 예측할 수 있는 시스템이 가동하고 있기 때문이다.

“구름 속에서 발생하고 있는 번개의 변화를 순간적으로 정밀 포착함으로써, 천둥을 동반한 폭풍우는 물론 토네이도처럼 수시로 발생하는 기상재해를 예측하고 많은 인명피해를 사전에 예방할 수 있다”고 설명했다.

록히드 마틴 사는 아리조나 대학 연구팀과 공동으로 고성능 카메라 ‘NIRCam(Near InfraRed Camera)’을 개발 중이다. 이 카메라는 우주 기원(dawn of time)의 영상을 관측하기 위해 제작하고 있는 슈퍼 카메라다.

별들의 코로나 관측, 우주기원 밝혀내 

0.6~5㎛ 파장 영역을 볼 수 있는데 가시광의 언저리에서 적외선 근방 영역까지 관측이 가능하다. 적외선(infrared) 영역을 보기 위한 제임스 웹(James Webb) 우주망원경에 부착돼 오는 2018년 10월 프랑스령 기아나에서 ‘아리안 5호’ 로켓에 실려 우주상공으로 발사될 예정이다.

그동안 과학자들은 개기일식(皆旣日蝕) 때 태양이 달에 가려지면서 어둡게 가려진 원 둘레에 백색으로 빛나는 코로나를 관측하는데 만족해야 했다. 그러나 지금 과학자들은 ‘NIRCam’을 통해 별들로부터 분출되는 코로나를 관측하려 하고 있다.

제작에 참여하고 있는 과학자들은 우주상공에서 ‘NIRCam’ 촬영을 통해 태양과 태양계 바깥 별들의 차이를 분석하고, 또한 우주창조 과정에 있어 초창기 별들과 은하수 이미지를 관측할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이와 함께 암흑 속에 가려져 있는 암흑물질(dark matter)과 암흑에너지(dark energy)의 비밀을 풀고, 우주에서 어떻게 공간과 시간이 구성돼 있는지 그 수수께끼를 풀 수 있는 길을 열어줄 수 있을 것으로 과학자들은 내다보고 있다.

음속의 20배나 되는 극초음속의(hypersonic) 비행도 시도되고 있다. 록히드 마틴은 현재 시속 2만4000km 이상의 ‘마하 20(MACH 20)’ 비행체를 제작하고 있으며, 그 다음에는 ‘마하 30(MACH 30)’ 등으로 속도를 더 높여나간다는 계획이다.

극초음속 비행체를 제작하는데 있어 어려움을 겪어왔던 이유는 비행 중에 급속히 상승하는 마찰 온도를 견딜 물질을 구하기 힘들었기 때문이다. 제작진은 이 문제를 해결하기 위해 새로운 방법을 시도하고 있다.

비행 중에 올라간 온도를 스스로 내릴 수 있는 물질을 개발하고 있는 중이다. 스코트 파우즈 부사장은 “사람이 더워서 땀을 흘리고, 스스로 체온을 내릴 수 있는 것처럼 극초음속 비행 중에 상승한 온도를 스스로 내릴 수 있는 물질을 개발 중에 있다”고 말했다.

소행성에 우주탐사선 보내 2년 간 탐사 

록히드 마틴 사는 특수 물질 개발을 위해 영국 임페리얼칼리지런던과 공동 연구 중이다. 이 대학에서는 ‘극초음속 풍동(hypersonic wind tunnel)’을 보유하고 있는데 그곳에서 극초음속 상태에서 견딜 수 있는 물질 실험을 하고 있다.

지구로 돌진할지 모르는 소행성을 파괴하기 위한 기술도 개발 중이다. 이 연구는 지난 2013년 러시아 첼랴빈스크에 소행성이 떨어져 2000명이 넘는 사람들이 크고 작은 부상을 당한 일에 착안한 것이다.

지상은 물론 우주정거장이 떠 있는 상공에서도 이와 같은 일이 언제 벌어질지 모르는 불안한 상황이 이어지고 있다. 록히드 마틴 사와 NASA 과학자들은 이 문제를 해결하기 위해 이런 유형의 재난을 막을 수 있는 방법을 연구 중이다.

NASA는 현재 지구 근접 천체(NEOs, Near-Earth Objects)와 잠재적 위험 소행성(PHA, potentially hazardous asteroid)의 리스트를 만들어 놓고 지구에 가까이 올 수 있는 소행성과 혜성들을 감시 중이다.

그리고 2016년 지구를 향해 다가오는 소행성과의 접촉을 시도할 계획이다. ‘벤누(Bennu)’라는 소행성 표면에 ‘오시리스-렉스(OSIRIS-REx)’라는 탐사선을 보내 2년 뒤 목표물에 착륙하게 하고, 광물 탐사를 진행한 뒤 지구로 귀환하게 할 예정이다.

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