Lunar Gateway: 별을 향한 첫 걸음을 내딛다

다음 우주 정거장

우주 탐사의 역사에서 우주 정거장은 우주 기관이 우주에서 장기적으로 머무르는 데 필요한 수많은 시스템을 개발하고 테스트할 수 있게 해 주었기 때문에 중요한 이정표였습니다. 또한 무중력이 인체에 미치는 영향에 대한 통찰력을 제공했고 많은 과학 실험을 수행할 수 있는 안전한 구조를 제공했습니다.

국제 우주 정거장(ISS)이 몇 년 안에 궤도 이탈을 시작할 것으로 예상됨에 따라 최근 중국의 우주 정거장인 티앙궁(Tiangong)이 이제 중국인이 아닌 우주인에게도 개방, 아마도 러시아 우주인을 처음으로 태울 것으로 보이며, 가까운 미래에 우주에서 사람이 거주하는 가장 큰 구조물이 될 것입니다.

중국 계획 향후 몇 년 안에 스테이션을 3개 모듈에서 6개 모듈로 두 배로 늘릴 예정이렇게 되면 질량은 180톤이 되며, 이는 ISS의 40톤의 450%에 불과합니다.

출처: 위키 백과

하지만 이는 사실이 아닙니다. ISS보다 훨씬 더 야심찬 프로젝트인 루나 게이트웨이가 건설되고 있기 때문입니다.

Lunar Gateway는 서양 우주인을 달로 다시 데려오려는 일련의 심우주 임무인 Artemis 프로그램의 핵심입니다. Artemis 임무에 대한 개요와 그 근거는 "아르테미스 미션: 나를 달로 데려가줘(다시)".

Lunar Gateway는 결국 미래의 Artemis Moon 착륙 및 관련 임무의 앵커 포인트가 될 것입니다. 또한 지구가 아닌 다른 천체를 공전하는 최초의 심우주 정거장이 될 것이며, 지구에서 약 350,000km(210,000마일) 떨어진 곳에 위치하는 반면 ISS는 우리 위 400km(250마일)에서 공전하고 있었습니다.

왜 달 관문을 건설하는가?

Artemis Design에 적합

아르테미스 임무는 며칠에서 몇 주 동안 달에 장기간 체류한 후 결국 그 장소에 영구 정착하는 것을 목표로 합니다.

당신은 읽을 수있다 우리가 최근에 발행한 전담 보고서에 있는 Artemis 프로그램에 대한 자세한 설명.

즉, 많은 자재, 예비 부품, 재보급, 인력, 잠재적인 도움이 달 탐사 임무의 바로 근처에 위치해야 하며, 로켓이 즉시 발사될 준비가 되었다고 가정하더라도 최소 며칠 떨어져서는 안 됩니다. 이것이 Artemis 임무 IV가 대부분 달을 도는 우주 정거장인 Lunar Gateway를 건설하는 데 전념하는 이유입니다.

출처: 깊은 우주를 탐험하다

Artemis IV의 정확한 날짜는 프로그램이 반복적으로 지연되어 불분명합니다. 현재 Artemis II는 2026년 XNUMX월로 예정되어 있으며 Artemis III는 최초의 인간 달 착륙입니다.

“2027년 이전은 아니다”라는 타임라인 Gateway에 전념하는 NASA 웹사이트 보다 현실적으로는 2028~2030년이라는 날짜로 이해해야 할 것이다.

안전한 피난처로서의 달 관문

먼지와의 싸움

전반적으로 NASA와 우주 기관들은 달 표면보다 우주 정거장에서의 장기 체류에 훨씬 더 큰 거부감을 가지고 있습니다. 이는 ISS에서 장기간 체류를 성공적으로 수행해 온 풍부한 경험이 있기 때문입니다.

반면, 달은 일련의 독특한 도전에 직면하게 될 것입니다.

첫 번째는 달 먼지의 존재입니다. 지구의 먼지와 달리 대기와 침식이 없기 때문에 달 먼지는 매우 날카롭고 연마성이 강한 미립자로 구성되어 있습니다.

출처: 국립표준기술원

이것은 표면의 우주복, 씰, 장비를 빠르게 손상시킬 가능성이 높습니다. 따라서 달을 탐사하지 않을 때 먼지 없는 안전한 공간을 갖는 것은 아르테미스 우주인들에게 생명의 은인이 될 수 있습니다.

"이 입자들은 수백만 년 동안 미세 유성체 충돌로 인해 들쭉날쭉하고, 화학적, 전기적 힘으로 인해 끈적거리고, 극히 작습니다. 소량의 달 먼지조차도 장비와 시스템에 큰 영향을 미칠 수 있습니다."

Josh Litofsky – Gateway 달 먼지 접착력 테스트 캠페인을 이끄는 프로젝트 관리자

달로 가는 정기적인 여행은 궁극적으로 달 게이트웨이에도 영향을 미칠 수 있습니다. 우주인이 정거장으로 돌아온 후에 달 먼지가 너무 많이 축적되어 정거장 외부에 먼지가 쌓이게 되고(그리고 내부에는 먼지가 없기를 바랍니다)

이것이 NASA가 Gateway On-orbit Lunar Dust Modeling and Analysis Program(궤도상 달 먼지 모델링 및 분석 프로그램)을 진행하는 이유입니다.골드맵), 이를 통해 Gateway의 외부 표면에 먼지가 어떻게 이동하고 쌓일지 예측할 수 있습니다.

초기 GOLDMAP 시뮬레이션에 따르면 달 먼지가 게이트웨이 주변에 구름을 형성할 수 있으며, 더 큰 입자는 표면에 달라붙는 것으로 나타났습니다.

홈 캠프 제공

게이트웨이를 건설하는 또 다른 이유는 달에 착륙할 필요 없이 많은 저장 공간과 생활 공간을 확보할 수 있기 때문입니다. 이렇게 하면 더 큰 질량과 부피를 달 궤도에 설치할 수 있어 비용과 기술적 용량을 절약할 수 있습니다.

마지막으로, 인근 독립 기지로서, 탐사 중 달 표면에 문제가 발생할 경우 우주비행사들에게 예비 공간을 제공할 것입니다. 미소유성체나 기술적 결함으로 인해 달 기반 거주지가 생명체에 적합하지 않게 될 수 있으며, 이러한 경우 우주비행사들은 국제우주정거장처럼 비상 대피 캡슐로 이동할 수 없습니다. 가능한 한 가까운 곳에 베이스캠프가 필요합니다.

이러한 중요한 임무 외에도, 루나 게이트웨이는 고속 통신, 수집된 달 암석 샘플을 저장하고 지구로 전송, 달 표면에서 물과 같은 자원을 스캐닝하는 등 달 탐사 임무에 필요한 서비스를 제공할 것입니다.

게이트웨이 아키텍처 개요

게이트웨이는 7개의 주요 모듈로 구성되며, 지구에서 달 궤도로 우주인을 태운 캡슐인 오리온이 여기에 부착됩니다.

• 아랍에미리트가 제공한 우주 유영을 위한 승무원 및 과학 에어록.
• 유럽 ​​우주국(ESA)과 일본 우주 항공 연구 개발 기구(JAXA)가 거주 공간과 생명 유지 장치를 갖춘 루나-아이-하브를 제공했습니다.
• 노스럽 그러먼과 NASA가 제공한 HALO는 승무원 거주 공간입니다.
• 역시 ESA가 제작한 Lunar View에는 화물 공간과 대형 창문이 있습니다.
• 태양광 패널에서 생산된 60kW의 전력을 포함한 전력 및 추진 시스템은 우주선 역사상 가장 큰 규모입니다.
• 화물 배달과 미래의 과학 실험을 위한 물류 모듈은 SpaceX의 Dragon XL을 기반으로 하며, 달 궤도에 있는 Gateway까지 5톤 이상의 화물을 운반하도록 최적화되어 우주 정거장 안팎에서 이루어집니다.
• 캐나다는 또한 우주 정거장의 다른 부분으로 이동할 수 있는 로봇팔 Canadarm3를 제공할 예정입니다.

출처: NASA

(당신은 또한 볼 수 있습니다 이 링크에서 Lunar Gateway의 완전 애니메이션 3D 모델을 확인하세요..)

Lunar Gateway 구축

동력 및 추진 요소(PPE)는 다음에 의해 제작됩니다. 막사그리고 Northrop Grumman이 건설한 Habitation and Logistics Outpost(HALO) (NOC ) 두 프로젝트 모두 SpaceX Falcon Heavy 로켓에 의해 먼저 발사될 예정입니다.

HALO에는 ESA가 개발한 대형 안테나 HALO Lunar Communication System이 설치될 예정입니다. 통신 데비트는 거리에 따라 수 Kb/s에서 최대 25 Mb/s가 될 것이며, 최대 600W를 소모합니다.

PPE 태양광 패널은 JAXA가 제공하며, 우주 정거장에 햇빛이 없을 때를 대비해 배터리도 장착할 예정입니다.

출처: NASA

HALO와 PPE는 고효율 태양 전기 추진과 지구, 달, 태양의 중력을 이용해 목적지에 도달하면서 달 궤도까지 약 1년 동안 여행할 예정입니다.

그러면 아르테미스 4호는 유인 우주선인 오리온 우주선과 달 I-Hab 게이트웨이를 달 궤도로 진입시키고, 이는 HALO 모듈과 도킹할 것입니다.

출처: NASA

나머지 모듈은 나중에 추가될 예정입니다.

아르테미스 V는 루나 뷰 모듈을 가져올 것이고, 인간 착륙 시스템 우주선은 게이트웨이에 도킹할 것입니다.

Artemis VI 임무 동안 UAE가 제공한 Gateway의 승무원과 과학 에어록 모하메드 빈 라시드 우주 센터이를 통해 진공 상태의 우주로 승무원과 과학자들이 이동할 수 있게 됩니다.

캐나다의 주요 기여는 달 게이트웨이 외부에 설치된 로봇팔인 캐나다암3(CanadarmXNUMX)입니다. 이는 기존 Canadarm1모든 우주 왕복선에 설치되었으며, Canadarm2, ISS에 설치되었습니다.

이 장비는 게이트웨이의 유지, 수리, 검사에 도움이 되고, 방문 우주선을 포착하고, 우주 유영 중 우주인을 돕고, 게이트웨이의 달 궤도에서 과학 연구를 가능하게 할 것입니다.

출처: NASA

게이트웨이의 타원형 궤도 궤도 관측을 위해 달의 북극과 남극 지역에 모두 접근할 수 있게 됩니다.

달 게이트웨이 실험

게이트웨이의 주요 역할은 유인 달 탐사 임무를 지원하는 것이지만, 자체적으로 과학 실험도 수행할 예정입니다.

게이트웨이 우주 정거장에서 진행되는 초기 과학 연구의 대부분은 태양과 먼 우주에서 나오는 방사선에 초점을 맞출 것입니다.

ESA는 내부선량계 배열(Internal Dosimeter Array)을 제공합니다.IDA), JAXA가 제공한 기기를 사용하여 Gateway 내부의 잠재적인 방사선을 연구합니다.

한편, 헬리오피직스 환경복사측정실험실(Heliophysics Environmental Radiation Measurement Experiment Suite)신들의 사자) 및 유럽 방사선 센서 어레이(ERSA)는 HALO 외부에 탑승해 우주 정거장 주변의 방사선을 측정할 예정입니다.

이것은 수집해야 할 중요한 데이터 세트인데, 달 게이트웨이는 지구의 보호 자기권에서 나온 최초의 우주 서식지이기 때문입니다. 따라서 방사선 수준이 더 높을 것이고, 태양 폭풍 동안에는 훨씬 더 높을 것입니다.

출처: NASA

게이트웨이 구성 요소가 달 궤도로 이동하여 밴 앨런 방사선대를 통과할 때도 방사선 계측기가 작동하게 됩니다. 밴 앨런 방사선대는 지구 주변에서 고에너지 입자가 행성의 자기장에 갇힌 영역입니다.

따라서 이러한 측정은 과학자들이 우주 날씨에 대한 지식을 넓혀 방사선이 사람과 물질에 미치는 위험을 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

이는 앞으로 화성으로 향하는 모든 우주 임무에 중요한 정보가 될 것입니다. 우주 깊은 곳으로 수개월 또는 수년간 여행하면서 비슷한 방사선에 노출되기 때문입니다.

루나 게이트웨이 미래

당초 수명이 15년으로 예상됐지만, 루나 게이트웨이의 주요 임무는 주로 달 탐사가 될 가능성이 큽니다.

하지만 화성으로 가는 최초의 유인 탐사대의 경유지가 될 수도 있습니다. 그 이유는 그 시점에 ISS가 더 이상 가동되지 않을 수도 있기 때문입니다. 하지만 우주인들이 수년간의 여행을 위해 출발하기 전에 궤도에서 검역 및 훈련 시간을 갖는 것이 매우 합리적일 것입니다. 그래서 그들은 먼저 Lunar Gateway로 이동한 다음 화성으로 여행할 우주선(아니면 SpaceX 우주선?)에 탑승할 수 있습니다.

그 문제에 관해서 말하자면, 공기, 식량, 승무원, 에너지, 장비 등을 갖춘 완벽한 기능을 갖춘 거주 공간이 깊은 우주에 존재한다는 것은 루나 게이트웨이가 미래의 화성 우주선을 준비하는 데 필요한 모든 인간 조립 작업을 위한 좋은 작전 기지가 될 수 있음을 의미합니다.

미래 우주 서식지

육각형 서식지

수백 명 또는 수백만 명의 사람들을 수용할 수 있는 거대한 우주 거주 공간(아직은 공상과학에 불과하지만)에 들어가기 전에 우주 제조는 심각한 진전을 이루어야 할 것입니다.

가장 가능성 있는 첫 번째 단계는 ISS와 Lunar Gateway에 사용된 검증된 모듈식 시스템을 포기하는 것입니다.

그 대신, 우주에서 필요한 구성요소를 조립하는 것이 훨씬 더 효율적일 가능성이 높습니다.

한 가지 옵션은 Aurelia Institute가 제안한 것입니다.

"인류가 우주를 항해하는 종족에 한 걸음 더 다가가면서, 우리는 우주 비행의 첫 세기를 정의했던 작고 원통형 튜브를 금세 벗어나게 될 것입니다.

미래는 자체 조립, 적응 및 재구성 가능한 구조에 있습니다."

이 아이디어는 우리에게 더 익숙한 지구상에서 미리 제작되어 조립되는 원통형 모듈 대신, 자체 조립되는 육각형 모듈을 사용하여 거대한 지오데식 구조물을 만드는 것입니다.

그러한 예 중 하나가 TESSERAE이다.

출처: 오렐리아 연구소

이는 스타십(150~200톤)과 같은 로켓의 엄청난 양력 용량을 활용할 수 있는데, 이는 우주 정거장 설계자들이 이전에는 결코 활용할 수 없었던 것입니다.

이 개념에 대해 더 자세히 알아보려면 여기를 클릭하세요. 2016년 최초 과학 출판물 MIT 과학자가 작성 아리엘 엑브로.

또 다른 예는 다음과 같습니다. 궤도를 생각하다우주에 직경 4.5m(20~15피트)에서 65m(300~4000피트)까지, 부피가 3~XNUMXmXNUMX에 달하는 축구공 모양의 구조물을 만들고자 합니다.

출처: 궤도를 생각하다

팽창식 우주 서식지

지금까지 모든 우주 정거장은 단단하고 지구에서 만들어지고 조립된 모듈을 사용하여 건설되었습니다. 새로운 개념이 이 디자인에 도전하기 시작했습니다. 팽창식 우주 거주지입니다.

이 아이디어는 재료 과학의 발전에 의존합니다. 벡트란, 액정 폴리머(LCP)로 제조된 섬유입니다. LCP는 강철보다 5배, 알루미늄보다 10배 더 강한 소재입니다.

록히드 마틴 (LMT ) is 이미 이 개념을 테스트 중, Ingersoll Rand의 자회사인 ILC Dover도 포함됩니다. (IR ) 시에라 스페이스.

이 디자인 아이디어는 기존 모듈보다 동일한 질량으로 훨씬 더 큰 거주 공간을 약속합니다. 또한 대부분의 발사대의 제한된 부피에 맞을 수 있으며, 이는 대형 장비의 총 질량만큼 중요한 제약이 될 수 있습니다.

이러한 팽창형 거주공간은 우주정거장에도 사용될 수 있지만, 달이나 화성의 영구정거장에도 사용될 수 있습니다.

올드린 사이클러

Lunar Gateway의 후손은 소위 Aldrin Cycler일 수 있습니다. 화성 사이클러, 지구와 화성 근처를 정기적으로 지나가는 방식으로 영구적으로 공전할 것입니다(아래의 녹색, 빨간색이 화성의 궤도이고 파란색이 지구의 궤도입니다).

출처: 에단 맥도널드

이런 식으로 최소한의 연료만으로 사람들이 화성과 왕복할 수 있는 영구 우주 정거장을 건설할 수 있습니다.

중력이 없어도 사람들이 건강을 유지할 수 있도록 더 강력한 방사선 차폐막과 현지 식량 생산이 가능할 뿐만 아니라, 더 편안하고 넓은 객실과 스포츠 시설도 갖출 수 있을 것입니다.

이는 우주선보다 우주인에게 더 안전하고 넓은 환경을 제공함으로써 루나 게이트웨이와 비슷한 기능을 수행하지만, 이번에는 화성 탐사 임무에 사용될 것입니다.

이러한 설치는 아마도 모든 개발에 필수일 것입니다. 인력 이동이나 우주 관광을 포함한 화성 경제.

현장 자원 활용

궤도에서 무엇이든 들어올리는 데는 여전히 비용이 듭니다. 수천 달러 킬로당이는 음식, 물, 심지어 공기에도 해당되며, 정말 큰 우주 구조물이나 우주선을 만드는 데는 엄청나게 많은 비용이 듭니다.

최적화된 스타쉽과 같은 초중량 발사체가 보편화되어 대량 생산된다 하더라도 이 비용은 킬로그램당 100~200달러 이상으로 유지될 가능성이 높습니다.

이로 인해 매우 효율적이지만 너무 많은 재료가 필요한 일부 솔루션(예를 들어, 깊은 우주 방사선을 막기 위해 1미터 두께의 물층 필요)이 배제됩니다.

하지만 달이나 소행성의 자원을 활용할 수 있다면 상황은 완전히 달라질 것입니다.

예를 들어, 작은 혜성조차도 수백만 톤의 물을 제공할 수 있는데, 이는 우주 거주지를 위한 방사선 차폐막을 건설하고 우주인들에게 음식을 공급할 수 있는 대규모 우주 농장을 짓기에 충분한 양입니다. 그러면 지구에서 음식을 가져오지 않고도 가능합니다.

우주 정거장에 대해서도 마찬가지입니다. 장기적으로 대량 생산된 무거운 철/강철/티타늄/알루미늄 패널과 보가 우주 거주지의 구조적 요소를 형성할 가능성이 높고, 원자재는 소행성 광산이나 달 기반 주조소에서 나옵니다. 마찬가지로, 달 기지는 3D로 인쇄된 풍화토로 건설될 수도 있다, 수입재료 대신에.

맺음말

루나 게이트웨이는 야심 찬 프로젝트로, 많은 최초의 업적을 달성하고자 합니다. 최초의 유인 우주 정거장, 최초의 달 궤도 영구 거주지, LEO(저궤도)가 아닌 최초의 지구 밖 정착지 등이 목표입니다.

동시에 이 프로젝트는 ISS와 매우 유사합니다. 이 프로젝트는 다국적 협력에 기반을 두고 있으며, 이전 우주 정거장에서 테스트된 모듈형 설계를 바탕으로 구축되었으며, 주로 과학적 실험과 우주 탐사 목적으로 설계되었습니다.

이것이 그러한 우주 정거장의 마지막이 될 가능성이 있는데, 더 큰 발사체가 근본적으로 다른 설계 철학으로 새로운 가능성을 열어주기 때문이다.

이는 모듈식 자체 조립 패널, 팽창식 정거장이 될 수도 있고, 나중에는 우주로 채굴 장비와 주조소를 보내서 현장에서 제조하는 것도 될 수 있습니다.

하지만 이러한 프로젝트 중 어느 것도 달 관문이 먼저 이루어지지 않는 한 실현될 수 없습니다. 그때가 되면 인류는 지구의 보호를 벗어나 수십만 마일 떨어진 공허 속에 영구히 정착하게 될 것입니다.

아르테미스-연계 회사

록히드 마틴

록히드 마틴은 세계 최대의 항공우주 및 방위 기업 중 하나이며, 우리는 2025년 XNUMX월에 "록히드 마틴(LMT) 스포트라이트: 방위 및 항공우주 분야의 리더".

간단히 말해서, 이 회사는 다음과 같은 항공기를 제작하는 회사입니다. 블랙호크 헬리콥터 또는 F-16, 그리고 다음과 같은 고급 장비도 갖추고 있습니다. F-35, 비행 레이더 비행기 또는 다음과 같은 물류 항공기 C-5 갤럭시 & C-130J 슈퍼 헤라클레스.

출처: 록히드 마틴

또한 미국 군대의 가장 중요한 미사일 시스템 중 일부를 생산한 곳이기도 합니다. 자스민, 던지는 창, ATACMS글렌데일 하이 마스우크라이나 내전으로 인해 재고가 고갈되면서 수요가 엄청나게 높아졌습니다.

또한 해군과 같은 미사일 방어 시스템의 중요한 공급자이기도 합니다. 보호 그리고 THAAD (터미널 고고도 지역 방어) 탄도 미사일에 대응.

출처: 록히드 마틴

그러나 무기가 이 회사가 하는 전부는 아닙니다. 록히드는 오리온 우주선의 설계, 개발, 테스트 및 생산을 담당하는 주요 계약자입니다. 이는 아르테미스 프로그램 전체에서 가장 논란이 적은 부분일 수 있습니다.

오리온에는 다음이 포함됩니다. 칼리스토Amazon의 Alexa와 협력하여 음성 제어 AI 지원 시스템인 (AMZN )Cisco와 협력하여 Earth에서 비디오 채팅 지원에 대한 테스트도 통합합니다. (CSCO ).

출처: 록히드 마틴

Starship을 사용하여 더 저렴하고 더 자주 발사함으로써 궁극적으로 프로그램이 확장될까요? 이는 Orion의 생산도 증가시킬 수 있습니다.

아르테미스와도 관련이 있습니다. 록히드마틴은 달 태양 전지판 프로토타입의 중요 테스트를 완료했다고 발표했습니다. 달의 남극에서 작동할 수 있습니다. 그러나 그것은, 레이도스에게 졌다 (LDOS ) 아르테미스 로버 프로그램 프로젝트.

이 회사는 다음과 같은 다른 우주 프로그램에도 참여하고 있습니다. GOES-R 기상 위성, 소행성 샘플 수집 OSIRIS-REx, 목성 탐사선 주노착용형 방사선 차폐 조끼 아스트로래드,

전반적으로, 핵심 군사 시스템부터 동등하게 중요한 우주선 및 프로그램에 이르기까지 록히드 마틴은 미국의 혁신의 최전선에 있으며, 많은 대형 방위 계약업체 경쟁사보다 훨씬 더 날카롭게 우위를 유지한 것으로 보입니다. 이 회사는 장기적으로 아르테미스 프로그램의 후속 반복과 다른 많은 심우주 및 화성 중심 임무에서 이익을 얻을 것입니다.

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