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중국, LIGO보다 선진적인 우주 기반 중력파 탐측 프로젝트 본격 가동

발행일 : 2016 / 02 / 19

– 중국과학원, “우주태극계획” , 저주파대역 중력파 탐측 가능한 우주기반 검출기술
– 중산대학교, “톈친계획” 4단계 로드맵확정, 20년내 고궤도 인공위성 3기 발사 예정

미국의 고급레이저간섭계중력파관측소(라이고·LIGO)가 2016년 2월 11일(현지시간) 중력파를 직접 탐지하는데 성공하였다고 공식 발표하였다. 이를 계기로 중국도 독자적인 중력파 검출 프로젝트인 ‘우주태극계획’과 ‘톈친(天琴·천공의 거문고) 계획’ 실시에 박차를 가하고 있다. 지상 기반의 중력파 탐측실험장비인 LIGO는 공간거리의 제한과 지구 중력 경사도 소음의 영향을 받기 때문에 10Hz미만의 저주파대역의 중력파는 측정할 수 없다. 하지만 중국은 LIGO보다 선진적인 우주 기반 중력파 검출원리를 이용하기 때문에 독자적 탐측 프로젝트가 완료되면 저주파대역의 중력파도 탐측할 수 있다.

중국과학원은 2016년 2월 16일 우주 중력파탐측프로젝트인 “우주태극계획(空间太极计划)”을 공식 발표했다. 이 계획에 따르면 중국은 2030년에 등변삼각형의 끝에는 3개의 위성으로 구성된 중력파탐측이 가능한 위성그룹을 형성하여 레이저 간섭법으로 중·저주파대역의 중력파를 직접 검출할 수 있다. 주요 과학목표는 두 블랙홀의 합병과 초대질량비 천체 합병 시에 생성되는 중력파 방출 및 기타 우주 중력파 방사과정을 관측하기 위한데 있다.

중국과학원 역학연구소의 후원루이(胡文瑞) 원사는 “‘우주태극계획’은 우주초장거리 초고민감도 레이저측정, 초고민감도 관성센서 및 초고정밀도 위성 드래그 프리 컨트롤(Drag-free control) 등 차세대 첨단우주기술이 뒷받침되어야 한다”며 “이러한 기술은 우주과학과 심우주탐사기술수준을 높이는데에 중요한 의의를 지니며 관성 내비게이션, 지구과학, 고정밀도위성플랫폼건설 등 응용분야에서도 적극적인 역할을 하게 될 것”이라고 밝혔다.

후원사는 “중국 현재의 기술수준은 선진국과 격차가 있지만 국제협력과 교류를 통해 격차를 좁혀나갈 수 있다”며 “‘우주태극계획’은 중국-EU 협력의 국제협력계획에 속하며, 현재 2가지 방안을 검토중에 있다고 밝혔다. 첫 번째 방안은 유럽우주국의 eLISA 양자간 협력계획이며, 두 번째 방안은 중국의 중력파탐측위성그룹을 발사하여 2035년에 발사될 eLISA위성그룹과 동시에 우주를 날면서 저주파대역의 중력파 탐측을 수행하게 된다. 방안1에 따라 집행할 경우, 중국은 LISA측의 요구에 따라 20%의 부하를 부담해야 하는데, 약 16억 위안에 상당한 설비를 공급해야 한다. 방안2에 따른 경우, 프로젝트팀은 2033년에 위성그룹을 발사하여 중국의 대형첨단과학위성계획 돌파를 실현해야 하는데 비용은 약 80억 위안의 비용이 투입되어야 한다.

중국과학원은 우주중력파 탐측사업을 우주분야 2050년 규획에 포함시켰다. 2008년에 중국과학원의 주도로 우주중력파 탐측 논증팀을 구성하였는데, 과학원 산하의 여러 연구소와 대학교가 이 논증팀에 공동 참여하였다. 현재, 중국과학원 후원루이(胡文瑞) 원사와 우웨량(吴岳良) 원사를 수석과학자로 하는 “우주태극계획” 팀을 구성하여 중력파 원의 이론 및 탐측연구와 위성기술연구에서 많은 진전을 거두었다.

중국의 중력파 연구 본산인 광저우(廣州) 중산대학교(中山)는 2015년 7월에 톈친계획을 가동한 이후 현재 핵심기술 연구에서 진전을 거두었으며 구체적인 연구계획을 수립하고 있다고 밝혔다. 이를 위해 중산대학교는 중국의 독자적인 중력파 탐측을 위한 4단계 로드맵을 확정하고 기술연구도 동시에 수행하고 있다.

1단계 : 달과 인공위성에 설치할 레이저거리측정기와 지상 보조시설인 대형 레이저 자이로스코프(gyroscope) 제작
2단계 : 드래그 프리 컨트롤(Drag-free control), 위성탑재 레이저 간섭계 등 핵심기술 검증및 우주등가원리 실험 수행
3단계 : 고정밀도 관성센서, 인공위성 간 레이저거리측정 등 핵심기술검증 및 지구 중력장 측정
4단계 : 모든 우주 중력파 탐측에 필요한 핵심기술연구 완료 및 3개의 지구 고궤도 인공위성 발사

뤄준(羅俊) 중산대학교 총장은 “이 3개 위성을 레이저로 연결한 탐측기가 중력파의 존재 여부를 확인할 것”이라고 밝혔고, 리먀오(李淼) 중산대학교 천문우주과학연구원장은 “이번 발견은 인류의 중력파 탐지의 시초에 불과하다”며 “이번에 검출된 중력파가 방사능 중력파의 수많은 종류의 하나일 뿐이기 때문”이라고 말했다.

중산대학교 주하이(珠海) 캠퍼스에는 톈친계획에 필요한 지상 연구기지가 마련된다. 캠퍼스내 펑황산(鳳凰山)에 동굴을 뚫어 초정밀 실험시설을 설치하게 된다. 하지만 톈친계획은 아직 중국 정부로부터 공식적인 승인을 얻지 못한 상태다. 이번 미국 LIGO의 중력파 검출 성공을 계기로 중국 당국도 이 계획을 공식화할 가능성이 크다.

톈친계획이 마무리되는데 20년의 기간과 150억 위안의 자금이 소요될 것으로 예상하고 있다. 아울러 100명의 교수진과 400∼500명의 연구생 및 전문기술인력이 필요하다.

출처:
2016.2.16. 新华社 中科院提出引力波探测“空间太极计划”
http://news.xinhuanet.com/tech/2016-02/16/c_1118061647.htm
2016.2.13. 中国新闻网 中国本土引力波探测工程“天琴计划”正在立项
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2016/2/338111.shtm

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