인류가 지구를 떠나려면

지금의 인류전체를 지구밖으로 이주시킬 수 있을 만큼 충분한 에너지가 있나요?

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SF영화를 보면 환경오염이나 인구 과잉, 핵전쟁등으로
인류가 지구를 버리고 떠나는 장면이 많이 연출되어 있습니다.
우주 공간으로 사람들을 이주 시킨다고 가정했을때 과연 충분한 에너지와 능력이 있을까요?
요즘 청소년들의 관심대상입니다.

가능성을 검토하기 위해서 우선 필요한 에너지의 절대적 하한선을 잡아 놓고 시작한다면,
즉 1인당 <4기가>라고 하고 방법은 로켓을 타고 가든, 우주 엘리베이터등 첨단 산업을 이용한다고
쳤을때 65킬로그램인 사람1명을 지구 중력 밖으로 옮기려면 최소한 이 정도 에너지는 필요하다고 합니다.

1인당 4기가의 에너지는 어느 정도의 에너지일까요?
4기가 에너지는 약 1메가와트시(MWh)인데,
미국의 평범한 가정이 1, 2달 정도 쓰는 전기에 해당한다고 합니다.
휘발류로 따지자면 90킬로그램, 혹은 소형 승합차 1대에 AA배터리를 가득 채운 것과 비슷하다고 합니다.

4기가에 70억명을 곱하면 전세계 연간 에너지 소비량의 5% 정도에 해당합니다.
큰 에너지이기는 하지만 물리적으로 불가능하지는 않다고 합니다.
그런데 4기가 에너지는 최소한의 하한선에 불과합니다.

실제로 모든 것은 운송 수단을 뭘로 선택하는냐에 달려 있겠죠.
만약 로켓을 사용한다면, 그보다 훨씬 더 큰 에너지가 필요하겠죠.
로켓이 가진 근본적인 문제점, 연료 자체의 무게도 들어 올려야 한다는 점이 있겠죠.

만약 65킬로그램짜리 우주선을 발사하려면 90킬로그램의 연료에 해당하는 에너지가 필요합니다.
그 연료를 우주선에 실으면 우주선은 이제 도합155킬로그램이 됩니다.
155킬로그램 우주선에는 215킬로그램의 연료가 필요합니다.

다행히 연료 전체를 우주까지 가져갈 필요는 없기 때문에 (1킬로마다 1.3킬로그램을 추가하는 무한 반복은 생략)하고 우리는 가면서 연료를 태워서 가벼워집니다.
어느지점까지는 연료도 들어 올려야 하기 때문에 얼마만큼의 추진 연료를 태워야 하는지
알 수 있는 공식은 <치올코프스키>의 <로켓방정식>을 빌려서 계산할 결과!

결론적으로 전통적 방식의 로켓 연료를 이용해 지구의 중력을 극복하려면,
우주선 1톤당 20에서 50톤 사이의 연료가 필요합니다.
따라서 인류 전체(총무게는 대략 4억톤)를 지구 밖으로 보내려면 수십조 톤의 연료가 필요하겠죠.

우리가 탄화수소 기반의 연료를 사용한다면,
남아 있는 전 세계 석유 매장량의 상당 부분을 써야 합니다.
그리고 이것은 우주선 자체의 무게나 음식, 물, 애완동물은 아직 고려하지 않은 수치입니다.
완전불가능한 것은 아니지만, 실행 가능하다고 하기에는 분명히 무리가 있네요.

'핵 펄스 추진' 이용하는 경우

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어마한 물량을 빠르게 옮기는 데는 아주 그럴 듯한 방법이라고 합니다.
기본적 아이디어는 핵폭탄을 발밑에 넣고 추진력으로 타고 올라가는 것인데요
우주선이 증발해 버리지나 않을까 생각되겠지만,
보호막을 잘만 설계하면 산산조각 나지 않고 날아갈 수도 있습니다.

충분한 신뢰성을 갖출 수 있다면 이론상 이 방법은
도시 하나를 통째로 궤도로 쏘아 올릴 수도 있다고 합니다.
공학적으로 얼마나 근거가 있을까 생각했는지 1960년대 미국 정부는 <프리먼 다이슨>의 지휘 아래
실제로 이런 방식의 우주선을 건설하려고 했습니다.

'오리온 프로젝트'라는 이 프로젝트에 관해서는 <프리먼 다이슨>의 아들인 <조지 다이슨>이 쓴 책이
오래전에 나온적이 있습니다. 핵펄스 추진법을 지지하는 사람들은 오리온 프로젝트가 프로토타입
하나 만들어 보지 못하고 취소된 사실을 아직도 아쉬워 한답니다.

반면에 다른 사람들은 저들이 뭘 하려고 했는지
(거대한 핵무기를 상자에 넣어 대기권 높이 던져 놓고 연속적으로 폭발시키려고 한 것)
한번 생각해 보라면서, 거기까지 진행된 것만 해도 끔찍한 일이라고 주장합니다.
그러면 이렇게 결론이 나오네요.

한 사람을 우주로 보내기는 쉬워도. 우리 모두를 우주로 보내는 일은ㅡ 자원을 극단적으로 소모하고
지구 전체를 파괴할 수도 있는 일입니다.
한 사람에게는 작은 한 걸음이 인류에게는 거대한 비약이 되어
인류의 생사에 희망이 될지~~아직은 미스테리 일입니다.

우주 엘리베이터를 이용하는 경우

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미래 우주 엘리베이터

원심력을 이용해서 밧줄이 팽팽히 당겨질 만큼 멀리서 지구 주변을 돌고 있는
인공위성에 로프를 묶는다는 아이디어입니다.
태양열이나 원자력, 기타 어떤 적합한 전력원을 사용해 평범한 전기나 모터 수단으로
사람들을 로프 위로 올려 보내는 겁니다.

일본 시즈오카 (靜岡)대학의 이 연구팀에 따르면,
우주 엘리베이터의 원리는 중력과 원심력이 균형을 이루는 인공위성이 마치 정지궤도에 머물며,
고도를 유지하듯이, 우주 엘리베이터 역시 이 궤도를 이용하는 것이라고 합니다.

즉, 이 정지궤도에서 지상까지 케이블을 내리면 그 무게만큼 중력과 원심력의 균형이 깨지면서
중력에 의해서 낙하합니다. 거기서 우주 공간 쪽에도 같은 길이의 케이블이 연장된다고 합니다.
이런 식으로 지구상의 한 장소와 우주 정거장 사이에 약 10만 km의 매우 긴 케이블을 연결해
승강기를 탑재하면, 사람이나 물건을 우주 공간까지 이동시킬 수 있는 것이라고 합니다.

하지만 이 우주 엘리베이터도 넘어야 할 관문이 있습니다.
그것은 이 긴 거리를 지탱해 줄 강력한 케이블이겠죠.
연구팀은 강철보다 20배 이상 강한 <카본 나노 튜브(CNT)>에 주목하고 있습니다.

지금 현재 우리가 만들 수 있는 로프보다 몇 배 튼튼한 로프가 필요하겠죠.
탄소나노튜브 기반의 소재라면 필요한 강도를 얻을 수 있다는 희망도 있겠지요.
이상은 인류의 미래에 대한 무한한 시도와 연구를 목표로 한 미스테리한 희망이었습니다.