shopkeeper/korean_wiki_content_only_120125 huggingface dataset:
전기역학 테더는 주로 추진에 사용된다. 이들은 전동기와 거의 같은 방식으로 행성 자기장으로부터 추력 또는 항력을 생성할 수 있는 전류를 흐르게 하는 전도성 테더이다.
이들은 회전하는 테더이거나 회전하지 않는 테더일 수 있으며, 도착하는 우주선을 포획한 다음 나중에 다른 속도로 다른 궤도에 방출한다. 운동량 교환 테더는 궤도 조작 또는 행성 표면-궤도 / 궤도-탈출 속도 우주 운송 시스템의 일부로 사용될 수 있다.
이것은 일반적으로 편대 비행하는 여러 우주 비행체 간의 설정 거리를 정확하게 유지하는 비전도성 테더이다.
태양풍 이온의 운동량에 의해 밀려나는 전하를 띤 테더를 가진 태양풍 돛의 한 형태이다.
우주 궤도를 도는 테더에서 물체를 매다는 개념이다.
우주 테더는 우주 엘리베이터와 스카이훅으로 배치하는 것, 추진제 없이 궤도 이동을 수행하는 것 등 많은 용도가 제안되었다.
콘스탄틴 치올콥스키 (1857–1935)는 한때 지구의 자전에 의해 그곳에 고정될 만큼 높이가 우주에 닿는 탑을 제안했다. 그러나 당시에는 그것을 현실적으로 건설할 방법이 없었다.
1960년에 또 다른 러시아인인 유리 아르추타노프는 정지 위성에서 지상으로, 그리고 위로 케이블이 균형을 유지하도록 배치될 인장 케이블에 대한 아이디어를 더 자세히 기술했다. 이것은 지구와 함께 회전하는 동기 테더의 일종인 우주 엘리베이터 아이디어이다. 그러나 당시의 재료 기술로는 지구에서는 이것도 비실용적이었다.
1970년대에 제롬 피어슨은 독립적으로 우주 엘리베이터(때때로 동기 테더라고 불림) 아이디어를 고안했으며, 특히 L1 및 L2 점을 통과할 수 있는 달 엘리베이터를 분석했는데, 이는 당시 존재하는 재료로도 가능하다고 밝혀졌다.
1977년에 한스 모라벡 그리고 나중에 로버트 L. 포워드는 비동기 스카이훅, 즉 회전하는 스카이훅의 물리학을 조사하고, 달, 화성 및 기타 행성에서 물체를 집어 올리고 놓는 테이퍼링된 회전 테더의 상세한 시뮬레이션을 수행했는데, 이는 에너지 손실이 거의 없거나 오히려 순수하게 에너지를 얻는 것으로 나타났다.
1979년에 NASA는 아이디어의 타당성을 조사하고 테더 시스템, 특히 테더 위성 연구에 방향을 제시했다.
1990년에 이글 사르몽(Eagle Sarmont)은 "궤도 스카이훅: 합리적인 우주 접근(An Orbiting Skyhook: Affordable Access to Space)"이라는 논문에서 지구-궤도 / 궤도-탈출 속도 우주 운송 시스템을 위한 비회전 궤도 스카이훅을 제안했다. 이 개념에서는 준궤도 발사체가 스카이훅의 아래쪽 끝으로 비행하고, 더 높은 궤도로 향하거나 더 높은 궤도에서 돌아오는 우주선은 위쪽 끝을 사용한다.
2000년에 NASA와 보잉은 회전하는 테더가 극초음속 항공기(궤도 속도의 절반)에서 궤도로 화물을 운반하는 HASTOL 개념을 고려했다.
테더 위성은 우주 테더로 다른 위성과 연결된 인공위성이다. 테더 기술을 테스트하기 위해 여러 위성이 발사되었으며, 성공 여부는 다양하다.
다양한 (그리고 중첩되는) 유형의 테더가 존재한다.
운동량 교환 테더, 회전식.
운동량 교환 테더는 우주 테더의 많은 응용 분야 중 하나이다. 운동량 교환 테더는 회전식과 비회전식 두 가지 유형이 있다. 회전하는 테더는 원심 가속도로 인해 시스템의 말단 질량에 제어된 힘을 생성한다. 테더 시스템이 회전하는 동안 테더 양쪽 끝의 물체는 지속적인 가속을 경험한다. 가속의 크기는 테더의 길이와 회전율에 따라 달라진다. 운동량 교환은 회전 중에 말단 물체가 방출될 때 발생한다. 방출된 물체로의 운동량 전달은 회전하는 테더가 에너지를 잃게 하여 속도와 고도를 잃게 한다. 그러나 전기역학 테더 추진 또는 이온 추진을 사용하면 시스템은 소모성 반응 질량의 소비가 거의 없거나 전혀 없이 자체적으로 다시 추진할 수 있다.
스카이훅.
스카이훅은 페이로드를 높은 고도와 속도로 들어 올리기 위한 이론적인 궤도 테더 추진의 한 종류이다. 스카이훅에 대한 제안에는 고속 페이로드 또는 고고도 항공기를 포획하여 궤도에 진입시키기 위해 극초음속으로 회전하는 테더를 사용하는 설계가 포함된다.
전기역학 테더는 테더 위성에서 전개되는 것과 같은 긴 전도성 전선으로, 운동 에너지를 전력량으로 변환하여 발전기로 작동하거나, 전기 에너지를 운동 에너지로 변환하여 전동기로 작동하는 전자기 원리에 따라 작동할 수 있다. 전도성 테더는 지구 자기장을 통과하는 움직임에 의해 전위가 생성된다. 전기역학 테더에 사용될 금속 전기 전도체의 선택은 다양한 요인에 의해 결정된다. 주요 요인으로는 일반적으로 높은 도전율과 낮은 밀도가 포함된다. 적용 분야에 따라 이차적인 요인으로는 비용, 강도, 녹는점이 포함된다.
전기역학 테더는 다큐멘터리 영화 오펀스 오브 아폴로에서 러시아 우주정거장 미르를 궤도에 유지하는 데 사용될 기술로 소개되었다.
편대 비행.
이것은 (일반적으로) 비전도성 테더를 사용하여 여러 우주선을 연결하는 것이다. 화성 행성 간 작전용 테더 실험 (TEMPO³)는 이 기술을 연구하기 위한 2011년 제안된 실험이다.
범용 궤도 지원 시스템.
회전하지 않는 테더 위성 시스템의 이론적 유형으로, 천체 위에 매달린 물체에 우주 기반 지지대를 제공하기 위한 개념이다. 궤도 시스템은 상부 지지 질량(A)이 주어진 천체 주위의 궤도에 배치되어 천체 표면 위 특정 높이(A보다 낮지만)에 매달린 질량(B)을 지지할 수 있도록 하는 결합 질량 시스템이다.
중력 경사 안정화.
테더는 양 끝이 회전하는 대신 길이에 따른 중력의 미세한 강도 차이에 의해 똑바로 유지될 수도 있다.
비회전 테더 시스템은 (지구나 다른 천체의) 국지적 수직선과 정렬된 안정적인 방향을 갖는다. 이것은 오른쪽에 있는 그림에서 두 개의 다른 고도에 있는 두 우주선이 테더로 연결되어 있는 것을 보면 이해할 수 있다. 일반적으로 각 우주선은 중력(예: Fg1)과 원심력(예: Fc1)의 균형을 이룰 것이지만, 테더로 함께 묶이면 이 값들이 서로에 대해 변하기 시작한다. 이 현상은 테더가 없으면 더 높은 고도의 질량이 더 낮은 질량보다 느리게 이동하기 때문에 발생한다. 시스템은 단일 속도로 움직여야 하므로 테더는 더 낮은 질량의 속도를 늦추고 더 높은 질량의 속도를 높여야 한다. 테더로 연결된 상부 물체의 원심력은 증가하고, 하부 고도 물체의 원심력은 감소한다. 이로 인해 상부 물체의 원심력과 하부 물체의 중력이 지배적이 된다. 이러한 힘의 차이는 그림에서 볼 수 있듯이 시스템을 국지적 수직선을 따라 자연스럽게 정렬시킨다.
원자 산소.
저궤도에 있는 물체는 분자가 충돌하는 높은 공전 속도와 높은 반응성으로 인해 원자 산소로부터 눈에 띄는 침식을 받는다. 이것은 테더를 빠르게 침식시킬 수 있다.
미세 운석 및 우주 쓰레기.
단순한 단일 가닥 테더는 유성진과 우주 쓰레기에 취약하다. 이후 파편 저항성을 향상시키기 위해 여러 시스템이 제안되고 테스트되었다.
대형 쓰레기는 여전히 여기에 나열된 개선된 버전을 포함하여 대부분의 테더를 절단하겠지만, 현재는 레이더로 추적되며 궤도가 예측 가능하다. 추진기를 사용하여 시스템의 궤도를 변경할 수도 있지만, 테더를 적절한 위치에서 일시적으로 흔들어 알려진 쓰레기 조각을 피하는 데 더 적은 에너지를 사용할 수도 있다.
자외선 방사선을 포함한 방사선은 테더 재료를 손상시켜 수명을 단축시키는 경향이 있다. 밴 앨런대를 반복적으로 통과하는 테더는 저궤도에 머무르거나 지구 자기권 밖에 있는 테더보다 수명이 현저히 짧을 수 있다.
유용한 재료의 특성.
테더의 특성과 재료는 적용 분야에 따라 달라진다. 그러나 몇 가지 공통적인 특성이 있다. 최대 성능과 저비용을 달성하기 위해 테더는 고강도 또는 전기 전도성과 저밀도가 결합된 재료로 만들어져야 한다. 모든 우주 테더는 우주 쓰레기나 미세 운석에 취약하다. 따라서 시스템 설계자는 자외선 및 원자 산소에 대한 보호를 포함하여 보호 코팅이 필요한지 여부를 결정해야 한다.
테더에 높은 인장력을 가하는 응용 분야의 경우 재료는 강하고 가벼워야 한다. 일부 현재 테더 설계는 초고분자량 폴리에틸렌, 아라미드 또는 탄소섬유와 같은 결정질 플라스틱을 사용한다. 가능한 미래 재료는 탄소 나노튜브이며, 예상 인장 강도는 140-177GPa 사이이고, 일부 개별 나노튜브의 입증된 인장 강도는 50-60GPa 범위이다. (2011년 현재 CNT 기반 로프는 그 규모에서 기존 탄소 섬유보다 아직 강하지 않으며, 한 자릿수 덜 강하다.)
일부 응용 분야의 경우 테더에 가해지는 인장력은 미만으로 예상된다. 이 경우 재료 선택은 임무 목적 및 설계 제약 조건에 따라 달라진다. TSS-1R에 사용된 것과 같은 전기역학 테더는 높은 전도도를 위해 얇은 구리 전선을 사용할 수 있다 ( EDT 참조).
설계자가 재료 선택을 유도하는 일반적인 양을 식별하는 데 도움이 되는 특정 응용 분야에 대한 설계 방정식이 있다.
우주 엘리베이터 방정식은 일반적으로 "특성 길이" Lc를 사용하는데, 이는 "자체 지지 길이"라고도 알려져 있으며, 일정한 1g 중력장에서 지지할 수 있는 테이퍼링되지 않은 케이블의 길이를 나타낸다.
여기서 σ는 응력 한계(압력 단위)이고 ρ는 재료의 밀도이다.
극초음속 스카이훅 방정식은 재료의 "특정 속도"를 사용하는데, 이는 회전하는 고리가 파손되지 않고 도달할 수 있는 최대 접선 속도와 같다.
회전하는 테더(로토베이터)의 경우 재료의 '특성 속도' 값이 사용되는데, 이는 회전하는 테이퍼링되지 않은 케이블이 파손되지 않고 도달할 수 있는 최대 끝단 속도이다.
특성 속도는 특정 속도에 2의 제곱근을 곱한 것과 같다.
이 값들은 로켓 방정식과 유사한 방정식에 사용되며, 비추력 또는 배기 속도와 유사하다. 이 값들이 높을수록 테더는 운반할 수 있는 페이로드에 비해 더 효율적이고 가벼워질 수 있다. 그러나 궁극적으로 테더 추진 시스템의 질량은 운동량 저장과 같은 다른 요인에 의해 낮은 수준에서 제한된다.
실용적인 재료.
제안된 재료로는 케블라, 초고분자량 폴리에틸렌, 탄소 나노튜브 및 M5 섬유가 있다. M5는 케블라 또는 스펙트라보다 가벼운 합성 섬유이다. 피어슨, 레빈, 올드슨, 와익스(Pearson, Levin, Oldson, and Wykes)는 그들의 논문 "달 우주 엘리베이터(The Lunar Space Elevator)"에서 너비 에 두께 인 M5 리본이 달 표면에서 을 지지할 수 있을 것이라고 언급했다. 또한 각각 의 질량을 가진 100대의 화물 운반 차량을 엘리베이터 길이를 따라 균등하게 배치할 수 있을 것이라고 했다. 사용될 수 있는 다른 재료로는 T1000G 탄소 섬유, 스펙트라 2000 또는 자일론이 있다.
점진적인 가늘기.
중력에 의해 안정화된 테더의 경우, 자체 지지 길이를 초과하려면 테더 재료를 가늘게 만들어 케이블 길이의 각 지점에서의 총 하중에 따라 단면적이 달라지게 할 수 있다. 실제로 이는 중앙 테더 구조가 끝 부분보다 두꺼워야 함을 의미한다. 올바른 점진적인 가늘기는 케이블의 모든 지점에서 인장 응력이 정확히 동일하도록 보장한다. 지구 우주 엘리베이터와 같은 매우 까다로운 응용 분야의 경우, 점진적인 가늘기는 케이블 무게 대 페이로드 무게의 과도한 비율을 줄일 수 있다. 점진적인 가늘기 대신 동일한 목표를 달성하기 위해 모듈식 단계별 테더 시스템을 사용할 수 있다. 단계 사이에 여러 테더가 사용된다. 테더의 수는 주어진 단면의 강도를 결정한다.
중력의 영향을 크게 받지 않는 회전 테더의 경우 두께도 달라지며, 단면적 A는 r(중심으로부터의 거리)의 함수로 다음과 같이 주어진다.
여기서 R은 테더의 반지름, v는 중심에 대한 속도, M은 끝 질량, formula_5는 재료 밀도, T는 설계 인장 강도이다.
면적을 적분하여 부피를 구하고 밀도를 곱한 다음 페이로드 질량으로 나누면 페이로드 질량/테더 질량 비율이 된다.
여기서 erf는 정규 확률 오차 함수이다.
formula_7 라고 하자.
이 방정식은 속도의 제곱이 아닌 단순한 지수에 비례하는 로켓 방정식과 비교할 수 있다. 이 차이는 단일 테더에서 얻을 수 있는 델타 V를 효과적으로 제한한다.
중복성.
또한 케이블 모양은 미세 운석과 우주 쓰레기에 견딜 수 있도록 제작되어야 한다. 이것은 호이트테더와 같은 중복 케이블을 사용하여 달성할 수 있다. 중복성은 여러 개의 중복 케이블이 케이블의 같은 지점 근처에서 손상될 가능성을 매우 낮게 보장하며, 따라서 실패가 발생하기 전에 케이블의 다른 부분에 걸쳐 매우 많은 양의 총 손상이 발생할 수 있다.
재료 강도.
빔스톡과 로토베이터는 현재 사용 가능한 재료의 강도에 의해 제한된다. 초고강도 플라스틱 섬유 (케블라 및 스펙트라)는 로토베이터가 달과 화성 표면에서 질량을 뽑아낼 수 있게 하지만, 이 재료로 만든 로토베이터는 지구 표면에서 들어 올릴 수 없다. 이론적으로는 고고도 초음속 (또는 극초음속) 항공기가 지구의 열대 (및 온대) 지역 전체의 예측 가능한 위치에서 잠시 지구 상층 대기로 내려오는 로토베이터에 페이로드를 전달할 수 있다. 2013년 5월 현재, 모든 기계적 테더(궤도 및 엘리베이터)는 더 강한 재료가 나올 때까지 보류 중이다.
화물 포획.
로토베이터의 화물 포획은 중요하며, 포획 실패는 문제를 야기할 수 있다. 화물에 그물을 발사하는 것과 같은 여러 시스템이 제안되었지만, 모두 무게, 복잡성 및 또 다른 실패 모드를 추가한다. 하지만 작동하는 갈고리 시스템의 실험실 규모 시연이 최소 한 번 이루어졌다.
현재 인장 강도가 가장 강한 재료는 플라스틱으로, 자외선 복사와 (궤도에 따라) 원자 산소의 침식으로부터 보호하기 위해 코팅이 필요하다. 진공 상태에서 폐열 처리는 어렵기 때문에 과열은 테더 고장이나 손상을 유발할 수 있다.
제어 및 모델링.
진자 운동 불안정성.
국지적 수직선을 따라 배치된 전기역학 테더('매달린 테더')는 동적 불안정성에 시달릴 수 있다. 진자 운동은 전자기 상호 작용의 작용으로 테더 진동 진폭이 커지게 한다. 임무 시간이 증가함에 따라 이 행동은 시스템 성능을 손상시킬 수 있다. 몇 주에 걸쳐 지구 궤도의 전기역학 테더는 자기장과 중력장의 불규칙성과 상호 작용하면서 여러 모드에서 진동을 축적할 수 있다.
진동을 제어하는 한 가지 방법은 진동 성장을 억제할 때 테더 전류를 줄이고, 진동을 반대할 때 테더 전류를 늘려 능동적으로 변경하는 것이다. 시뮬레이션은 이것이 테더 진동을 제어할 수 있음을 입증했다. 이 접근 방식은 테더 진동을 측정하는 센서가 필요한데, 이는 테더 한쪽 끝에 있는 관성항법장치이거나, 테더에 장착되어 끝에 있는 수신기로 위치를 전송하는 범지구 위성 항법 시스템일 수 있다.
또 다른 제안된 방법은 매달린 테더 대신 회전하는 전기역학 테더를 사용하는 것이다. 자이로스코프 효과는 수동 안정화를 제공하여 불안정성을 피한다.
급증.
앞서 언급했듯이 전도성 테더는 예상치 못한 전류 급증으로 인해 실패한 적이 있다. 예상치 못한 방전은 테더를 절단하고 (예: STS-75의 TSS-1R 참조), 전자 장비를 손상시키고, 테더 처리 기계를 용접했다. 지구 자기장이 일부 엔지니어들이 생각했던 것만큼 균일하지 않을 수도 있다.
컴퓨터 모델은 테더가 진동으로 인해 파손될 수 있음을 자주 보여준다.
기계식 테더 처리 장비는 진동을 감쇠시키는 복잡한 제어 장치와 함께 종종 놀랍도록 무겁다. 브래드 에드워즈가 우주 엘리베이터를 위해 제안한 1톤 클라이머는 속도와 방향을 변경하여 대부분의 진동을 감지하고 억제할 수 있다. 클라이머는 또한 더 많은 가닥을 회전시켜 테더를 수리하거나 보강할 수 있다.
문제가 될 수 있는 진동 모드에는 줄넘기, 횡방향, 종방향 및 진자가 포함된다.
테더는 거의 항상 테이퍼져 있으며, 이는 채찍과 같은 방식으로 가장 얇은 끝 부분의 움직임을 크게 증폭시킬 수 있다.
테더는 구형 물체가 아니며 상당한 크기를 가진다. 이는 확장된 물체이므로 점원으로 직접 모델링할 수 없으며, 이는 질량 중심과 무게 중심이 일반적으로 동일한 위치에 있지 않음을 의미한다. 따라서 큰 거리에서 전체 테더의 동작에는 역제곱 법칙이 적용되지 않는다. 따라서 궤도는 완전히 케플러적이지 않으며, 일부 경우에는 실제로 혼란스럽다.
볼러스 설계의 경우, 타원 궤도에서 발견되는 비선형 중력장과 상호 작용하는 케이블의 회전은 궤도 각운동량과 회전 각운동량의 교환을 야기할 수 있다. 이는 예측과 모델링을 극도로 복잡하게 만들 수 있다.
핵 펄스 추진(nuclear pulse propulsion) 또는 외부 펄스 플라스마 추진(external pulsed plasma propulsion)은 핵폭발을 추력으로 사용하는 가상의 우주선 추진 방법이다. 1947년 스타니스와프 울람의 제안 이후 방위고등연구계획국의 지원을 받아 오리온 프로젝트로 시작되었다. 관성 봉입 핵융합을 사용하는 새로운 설계는 다이달로스 프로젝트와 롱샷 프로젝트를 포함하여 대부분의 후기 설계의 기반이 되었다.
이 기술의 잠재적 사용에 대한 계산은 1940년대 말부터 1950년대 중반까지 연구소에서 이루어졌다.
오리온 프로젝트.
오리온 프로젝트는 핵 펄스 로켓을 설계하려는 첫 번째 진지한 시도였다. 1950년대 후반과 1960년대 초반에 제너럴 아토믹스에서 설계가 구상되었으며, 텔러-울람 2단계 폭탄 설계의 변형을 활용하여 충격 흡수 장치로 우주선에 부착된 대형 강철 푸셔 플레이트에 작은 지향성 핵폭발물을 반응시키는 아이디어였다. 효율적인 지향성 폭발물은 운동량 전달을 최대화하여 초 범위의 비추력을 달성했는데, 이는 우주왕복선 주 엔진의 약 13배였다. 개선을 통해 이론적으로 최대 (1 MN·s/kg)의 비추력이 가능할 수 있었다. 추력은 수백만 톤에 달하여 1958년 재료로 8x106톤보다 큰 우주선을 만들 수 있었다.
참조 설계는 200명 이상의 승무원과 수천 톤의 이륙 중량을 가진 잠수함 스타일의 강철 구조로 만들어질 예정이었다. 이 단일 단계 참조 설계는 지구 표면에서 4주 만에 화성에 도달하고 돌아올 수 있었다(현재 미국 항공 우주국의 화학 추진 참조 임무는 12개월). 동일한 우주선은 7개월 임무로 토성의 위성을 방문할 수 있었다(화학 추진 임무는 약 9년). 발생한 주요 엔지니어링 문제는 승무원 차폐 및 푸셔 플레이트 수명과 관련이 있었다.
이 시스템은 작동 가능한 것처럼 보였지만, 이 프로젝트는 1965년에 주로 부분적 핵실험 금지 조약으로 인해 불법이 되었기 때문에 중단되었다. 실제로 조약 이전에 미국과 소련은 이미 우주에서, 즉 100km 이상의 고도에서 열핵폭탄을 포함한 최소 9개의 핵폭탄을 별도로 폭발시켰다(고고도 핵폭발 참조). 윤리적 문제는 지구의 자기권 내에서 이러한 우주선을 발사하는 것을 복잡하게 만들었다. 방사능 피해의 (논란의 여지가 있는) 선형 무역치 모델을 사용한 계산에 따르면 각 이륙으로 인한 방사능 낙진으로 인해 약 1에서 10명의 사망자가 발생할 것으로 나타났다. 문턱 모델에서는 이러한 극히 낮은 수준의 얇게 분산된 방사능은 관련 악영향이 없을 것이며, 호르미시스 모델에서는 이러한 미량의 선량은 무시할 수 있을 정도로 이로울 것이다. 궤도 진입을 위해 덜 효율적인 청정 핵폭탄을 사용하고, 이후 여행을 위해 더 효율적인 고수율의 더러운 폭탄을 사용하면 지구 발사로 인한 낙진량을 크게 줄일 수 있다.
한 가지 유용한 임무는 지구와 충돌 코스에 있는 소행성이나 혜성을 빗나가게 하는 것으로, 1998년 영화 딥 임팩트 (영화)에서 극적으로 묘사되었다. 높은 성능은 늦은 발사라도 성공할 수 있게 할 것이며, 이 우주선은 단순한 충돌로 소행성에 많은 양의 운동 에너지를 효과적으로 전달할 수 있을 것이다. 임박한 소행성 충돌 가능성은 예측되는 몇몇 낙진 사망자에 대한 우려를 불식시킬 것이다. 자동화된 임무는 승무원을 보호할 충격 흡수 장치를 설계해야 하는 과제를 없앨 것이다.
오리온은 프리먼 다이슨의 1968년 논문 "성간 수송"에서 논의되었듯이, 이론적으로 사용 가능한 기술로 건설될 수 있는 몇 안 되는 성간 우주 추진 장치 중 하나이다.
다이달로스 프로젝트.
다이달로스 프로젝트는 영국 행성간 학회(BIS)가 1973년부터 1978년까지 약 50년 안에 근처 별에 도달할 수 있는 성간 무인 우주선을 설계하기 위해 수행한 연구였다. 앨런 본드 (엔지니어)가 이끄는 12명의 과학자와 엔지니어가 이 프로젝트에 참여했다. 당시 핵융합 연구는 큰 진전을 보이고 있었고, 특히 관성 봉입 핵융합(ICF)은 로켓 엔진으로 적용될 수 있는 것처럼 보였다.
ICF는 핵융합 연료의 작은 펠릿, 일반적으로 중수소화 리튬(6Li2H)과 중심에 작은 중수소/삼중수소 촉발 장치를 사용한다. 펠릿은 반응실로 던져져 레이저 또는 다른 형태의 빔 에너지에 의해 모든 방향에서 충격을 받는다. 빔에 의해 생성된 열은 펠릿을 폭발적으로 압축하여 핵융합이 일어나는 지점까지 이른다. 그 결과는 뜨거운 플라스마이며, 필요한 양의 핵분열을 생성하는 데 필요한 최소 폭탄 크기에 비해 매우 작은 "폭발"이다.
다이달로스 프로젝트의 경우, 이 과정은 로켓 엔진을 구성하는 대형 전자석 내에서 실행될 예정이었다. 전자빔에 의해 점화된 반응 후, 자석은 뜨거운 가스를 후방으로 유도하여 추력을 얻었다. 에너지의 일부는 우주선의 시스템과 엔진을 작동시키는 데 사용되었다. 시스템을 안전하고 에너지 효율적으로 만들기 위해 다이달로스는 목성에서 수집한 헬륨-3 연료로 동력을 공급받을 예정이었다.
메두사 설계는 기존 로켓보다 태양광 돛단배와 공통점이 더 많다. 이 설계는 1990년대에 존데일 솔렘에 의해 구상되었고 영국 행성간 학회지(JBIS)에 발표되었다.
메두사 우주선은 독립적인 케이블로 연결된 대형 돛을 앞에 펼친 다음, 자신과 돛 사이에서 폭발하도록 핵폭발물을 전방으로 발사할 것이다. 돛은 플라스마와 광자 충격에 의해 가속될 것이고, 낚시꾼에게서 도망치는 물고기처럼 테더를 풀면서 "릴"에서 전기를 생성할 것이다. 우주선은 생성된 전기의 일부를 사용하여 돛 쪽으로 자신을 끌어올려 지속적으로 부드럽게 가속할 것이다.
원래 설계에서는 여러 테더가 여러 모터 발전기에 연결되었다. 단일 테더에 비해 폭발과 테더 사이의 거리를 늘려 테더 손상을 줄이는 장점이 있다.
무거운 페이로드의 경우, 달 재료를 활용하여 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 폭발물을 달 암석이나 물로 감싸서 이전에 안정적인 라그랑주 점에 저장할 수 있다.
메두사는 고전적인 오리온 설계보다 더 많은 폭발 충격을 가로채고, 충격 흡수 장치 스트로크가 훨씬 길며, 주요 구조물이 인장 상태에 있어 매우 가볍기 때문에 더 나은 성능을 보인다. 메두사형 우주선은 (500~1000 kN·s/kg)의 비추력을 달성할 수 있을 것이다.
메두사는 BBC 다큐멘터리 영화 원자폭탄으로 화성에: 오리온 프로젝트의 비밀 역사에서 대중에게 널리 알려졌다. 짧은 영화는 메두사 우주선이 "앞에 있는 돛에 폭탄을 던지는" 방식으로 작동하는 예술가의 개념도를 보여준다.
롱샷 프로젝트.
롱샷 프로젝트는 1980년대 후반 미국 해군사관학교와 협력하여 수행된 미국 항공 우주국 후원 연구 프로젝트였다. 롱샷은 여러 면에서 다이달로스 프로젝트의 기본 개념을 발전시킨 것으로, 자기를 통해 ICF를 유도했다. 핵심적인 차이점은 로켓과 다른 시스템에 모두 동력을 공급할 수 없다고 판단하여 대신 300kW급의 기존 원자로를 우주선 작동을 위해 포함시켰다는 점이다. 원자로의 추가 중량으로 성능이 다소 감소했지만, LiD 연료를 사용하더라도 100년 만에 인근 별 센타우루스자리 알파에 도달할 수 있었다(약 13,411km/s의 속도로, 4.5광년 거리에 있으며, 이는 광속의 4.5%에 해당한다).
반물질 촉매 핵 반응.
1990년대 중반, 펜실베이니아 주립 대학교의 연구는 반물질을 사용하여 핵 반응을 촉매하는 개념으로 이어졌다. 반양성자는 우라늄의 핵 내부에서 반응하여 기존 핵 반응처럼 핵을 분해하는 에너지를 방출한다. 심지어 소수의 이러한 반응도 연쇄 반응을 시작할 수 있으며, 이는 그렇지 않으면 훨씬 더 큰 연료량이 필요했을 것이다. 플루토늄의 "정상적인" 임계 질량은 약 11.8킬로그램(표준 밀도의 구형의 경우)이지만, 반물질 촉매 반응의 경우 1그램 미만으로도 가능하다.
이 반응을 사용하는 여러 로켓 설계가 제안되었는데, 일부는 행성 간 임무를 위해 핵분열 반응만을 사용하고, 다른 일부는 핵분열-핵융합(실제로 오리온 폭탄의 매우 작은 버전)을 사용하여 성간 임무를 수행하는 설계가 제안되었다.
자기-관성 핵융합.
미국 항공 우주국은 2011년에 워싱턴 대학교와 MSNW LLC에 NIAC 프로그램을 통해 핵융합 로켓을 연구하고 개발하도록 자금을 지원했다.
이 로켓은 자기-관성 핵융합의 한 형태를 사용하여 직접 추력 핵융합 로켓을 생산한다. 자기장은 큰 금속 링을 중수소-삼중수소 플라스마 주위로 붕괴시켜 핵융합을 촉발시킨다. 에너지는 부서진 링으로 형성된 금속 껍질을 가열하고 이온화시킨다. 뜨겁게 이온화된 금속은 자기 로켓 노즐에서 고속(최대 30km/s)으로 분출된다. 이 과정을 약 1분마다 반복하여 우주선을 가속 또는 감속시킨다. 핵융합 반응은 자가 지속적이지 않으며 각 펄스를 폭발시키기 위해 전기 에너지를 필요로 한다. 전기 요구 사항은 100kW에서 1,000kW(평균 300kW) 사이로 추정되며, 설계에는 필요한 에너지를 생산하기 위한 태양 전지판이 포함된다.
포일 라이너 압축은 적절한 에너지 규모에서 핵융합을 생성한다. 워싱턴주 레드먼드에서 진행된 개념 증명 실험은 압축을 위해 알루미늄 라이너를 사용하는 것이었다. 그러나 최종 설계는 리튬 라이너를 사용할 예정이었다.
성능 특성은 원자로가 달성하는 핵융합 에너지 이득 인자에 따라 달라진다. 이득은 20에서 200 사이로 예상되었으며, 평균 40으로 추정되었다. 이득이 높을수록 배기 속도가 빨라지고, 비추력이 높아지며, 필요한 전력량이 줄어든다. 아래 표는 이득이 20, 40, 200일 때 90일 화성 이동에 대한 다양한 성능 특성을 요약한 것이다.
2013년 4월까지 MSNW는 시스템의 하위 구성 요소를 시연했다. 중수소 플라스마를 핵융합 온도까지 가열하고 핵융합을 생성하는 데 필요한 자기장을 집중시키는 것이다. 그들은 2013년 말 이전에 두 기술을 결합하여 시험할 계획이었다.
펄스 핵분열-핵융합 추진.
펄스 핵분열-핵융합(PuFF) 추진은 자기-관성 핵융합과 유사한 원리에 의존한다. 이는 Z-핀치에 의해 시작된 자가 촉매 핵분열 및 핵융합 반응을 겪는 작은 연료 펠릿에서 얻은 플라스마를 배출함으로써 오리온과 유사한 모터에 의해 발생하는 극심한 구속 스트레스 문제를 해결하는 것을 목표로 한다. 이는 앨라배마 대학교 헌츠빌에서 NIAC 프로그램을 통해 연구된 이론적인 추진 시스템이다. 본질적으로 Z-핀치 구성을 사용하는 핵융합 로켓이지만, 핵융합 과정을 촉진하기 위해 핵분열 반응과 결합된다.
직경 약 1cm인 PuFF 연료 펠릿은 두 가지 구성 요소로 이루어져 있다: 핵융합을 겪는 플라스마의 중수소-삼중수소(D-T) 실린더를 "타겟"이라고 부르며, 그 주위를 리튬 라이너로 둘러싸인 핵분열을 겪는 U-235 외피가 감싸고 있다. 중성자 감속재 역할을 하는 액체 리튬은 D-T 실린더와 우라늄 외피 사이의 공간을 채운다. 액체 리튬을 통해 전류가 흐르면 로런츠 힘이 생성되고, 이 힘은 Z-핀치라고 알려진 과정에서 D-T 플라스마를 10배 압축한다. 압축된 플라스마는 임계 상태에 도달하여 핵융합 반응을 겪는다. 그러나 이러한 반응의 핵융합 에너지 이득(Q)은 손익분기점(Q &lt; 1)보다 훨씬 낮으며, 이는 반응이 생산하는 에너지보다 더 많은 에너지를 소비한다는 것을 의미한다.
PuFF 설계에서 초기 핵융합 반응에서 방출되는 고속 중성자는 U-235 외피에서 핵분열을 유도한다. 결과적인 열은 외피를 팽창시켜 D-T 코어로의 내파 속도를 증가시키고 추가로 압축하여 더 많은 고속 중성자를 방출한다. 이 중성자들은 다시 외피의 핵분열 속도를 증폭시켜 과정을 자가 촉매화시킨다. 이를 통해 핵분열 및 핵융합 연료가 완전히 연소되어 PuFF가 다른 핵 펄스 개념보다 효율적일 것으로 기대된다. 자기-관성 핵융합 로켓과 마찬가지로, 엔진의 성능은 D-T 타겟의 핵융합 이득이 증가하는 정도에 따라 달라진다.
하나의 "펄스"는 연료 펠릿을 연소실에 주입하고, 일련의 핵분열-핵융합 반응을 통해 소비되며, 마지막으로 방출된 플라스마를 자기 노즐을 통해 배출하여 추력을 생성하는 것으로 구성된다. 단일 펄스는 완료하는 데 몇 초의 일부만 소요될 것으로 예상된다.
기술성숙도(technology readiness level, TRL)는 프로그램 획득 단계에서 기술의 성숙도를 측정하는 방법이다. TRL은 다양한 유형의 기술에 걸쳐 기술 성숙도에 대한 일관되고 균일한 논의를 가능하게 한다. TRL은 프로그램 개념, 기술 요구 사항 및 입증된 기술 역량을 검토하는 기술 성숙도 평가(TRA) 중에 결정된다. TRL은 1에서 9까지의 척도를 기반으로 하며 9가 가장 성숙한 기술이다.
TRL은 1970년대에 NASA에서 개발되었다. 미국 국방부는 2000년대 초부터 조달에 이 척도를 사용했다. 2008년에는 ESA에서도 이 척도를 사용하고 있었다.
유럽 연합 집행위원회는 2010년에 EU 지원 연구 및 혁신 프로젝트에 이 척도를 채택하도록 권고했다. 이에 따라 TRL은 2014년에 EU 호라이즌 2020 프로그램에서 사용되었다. 2013년에는 TRL 척도가 국제 표준화 기구(ISO)에 의해 ISO 16290:2013 표준으로 출판되면서 더욱 정식화되었다.
TRL에 대한 포괄적인 접근 방식과 논의는 유럽 연구 및 기술 기관 협회(European Association of Research and Technology Organisations]], EARTO)에서 발표되었다. 유럽 연합의 TRL 척도 채택에 대한 광범위한 비판이 디 이노베이션 저널(The Innovation Journal)에 발표되었는데, "TRL 척도의 구체성과 정교함은 원래의 맥락(우주 프로그램) 밖으로 사용이 확산되면서 점차 감소했다"고 명시했다.
평가 도구.
기술성숙도 계산기는 미국 공군에 의해 개발되었다. 이 도구는 마이크로소프트 엑셀에 구현된 표준 질문 세트로, 달성된 TRL을 그래픽으로 표시한다. 이 도구는 주어진 시점의 기술 성숙도 스냅샷을 제공하기 위한 것이다.
국방획득대학교(DAU)의 결정 지점(DP) 도구는 원래 기술 프로그램 관리 모델(Technology Program Management Model)이라고 불렸으며 미국 육군에 의해 개발되었다. 이후 DAU에 채택되었다. DP/TPMM은 TRL로 게이트된 고정밀 활동 모델로, 기술 관리자가 성공적인 기술 전환을 위해 기술을 계획, 관리 및 평가하는 데 도움을 주는 유연한 관리 도구이다. 이 모델은 기술 개발 및 관리 목표에 맞춰 조정된 시스템 공학 및 프로그램 관리 작업을 포함하는 핵심 활동 세트를 제공한다. 이 접근 방식은 포괄적이지만, 특정 기술 프로그램의 개발 및 전환과 관련된 복잡한 활동을 하나의 통합 모델로 통합한다.
기술성숙도를 사용하는 주된 목적은 기술의 개발 및 전환에 관한 의사 결정을 내리는 데 경영진을 돕는 것이다. 이는 조직 내에서 연구 개발 활동의 진행 상황을 관리하는 데 필요한 여러 도구 중 하나이다.
TRL의 장점은 다음과 같다.
TRL의 유용성을 제한하는 일부 특성은 다음과 같다.
TRL 모델은 부정적인 요인과 노후화 요인을 무시하는 경향이 있다. 이러한 요인을 평가에 통합하기 위한 제안이 있었다.
다양한 개발 단계를 포함하는 복잡한 기술의 경우, 기본 단위에서 사회 적용에 이르는 기술 준비 경로 매트릭스(Technology Readiness Pathway Matrix)라는 보다 상세한 체계가 개발되었다. 이 도구는 기술의 준비 수준이 선형적인 과정보다는 사회에서의 적용을 통한 더 복잡한 경로를 기반으로 한다는 것을 보여주는 것을 목표로 한다.
기술성숙도는 1974년 NASA에서 구상되었고 1989년에 공식적으로 정의되었다. 원래의 정의는 7단계로 구성되었지만, 1990년대에 NASA는 이후 널리 받아들여진 9단계 척도를 채택했다.
NASA TRL의 원래 정의 (1989)
TRL 방법론은 1974년 NASA 본부의 스탠 새딘(Stan Sadin)에 의해 시작되었다. 당시 레이 체이스(Ray Chase)는 목성 궤도선 설계 팀의 JPL 추진부 대표였다. 스탠 새딘의 제안으로 체이스는 이 방법론을 사용하여 제안된 JPL 목성 궤도선 우주선 설계의 기술 준비도를 평가했다. 나중에 체이스는 새딘이 TRL 방법론을 제도화하는 것을 돕기 위해 NASA 본부에서 1년을 보냈다. 체이스는 1978년 ANSER에 합류하여 TRL 방법론을 사용하여 제안된 공군 개발 프로그램의 기술 준비도를 평가했다. 그는 1980년대와 90년대에 TRL 방법론을 활용한 재사용 가능 발사체에 대한 여러 기사를 발표했다.
이는 공군 Have Not 프로그램의 설계 도구, 테스트 시설 및 제조 준비도를 포함하는 확장된 버전의 방법론을 문서화했다. Have Not 프로그램 관리자 그레그 젠킨스(Greg Jenkins)와 레이 체이스는 설계 및 제조를 포함하는 TRL 방법론의 확장된 버전을 발표했다. 리언 맥키니(Leon McKinney)와 체이스는 확장된 버전을 사용하여 ANSER 팀의 고재사용 우주 수송(HRST) 개념의 기술 준비도를 평가했다. ANSER는 또한 제안된 국토안보부 프로그램에 대한 TRL 방법론의 적응된 버전을 만들었다.
미국 공군은 1990년대에 기술성숙도 사용을 채택했다.
1995년 NASA의 존 C. 맨킨스(John C. Mankins)는 NASA의 TRL 사용을 논의하고 척도를 확장하며 각 TRL에 대한 확장된 설명을 제안하는 논문을 썼다. 1999년 미국 회계감사원은 DOD와 민간 산업 간의 기술 전환의 차이점을 조사한 영향력 있는 보고서를 발표했다. 보고서는 DOD가 민간 산업보다 더 큰 위험을 감수하고 덜 성숙한 단계에서 신기술을 전환하려고 시도한다는 결론을 내렸다. GAO는 미성숙한 기술의 사용이 전체 프로그램 위험을 증가시킨다고 결론지었다. GAO는 DOD가 전환 전에 기술 성숙도를 평가하는 수단으로 기술성숙도를 더 널리 사용할 것을 권고했다.
2001년 국방부 과학기술차관보는 새로운 주요 프로그램에서 TRL 사용을 승인하는 각서를 발행했다. 기술 성숙도 평가 지침은 국방 획득 가이드북(Defense Acquisition Guidebook)에 통합되었다. 이후 DOD는 2003년 DOD 기술 성숙도 평가 데스크북에서 TRL 사용에 대한 상세 지침을 개발했다.
거주와 관련성이 있기 때문에 '거주 가능성 준비 수준(HRL)'은 NASA 엔지니어 그룹(잔 코널리, 캐시 다우즈, 로버트 하워드, 래리 툽스)에 의해 만들어졌다. 이들은 NASA TRL을 포함한 여러 기관에서 이미 확립되고 널리 사용되는 표준과 연관하여 거주 가능성 요구 사항 및 설계 측면을 다루기 위해 만들어졌다.
최근에는 시드니 대학교 화학 공학 교수이자 연구 부학장인 알리 압바스(Ali Abbas) 박사와 화학 엔지니어이자 상업화 전문가인 모빈 놈바르(Mobin Nomvar) 박사가 TRL과 동기화될 9점 척도인 상업화 준비 수준(CRL)을 개발하여 시장 채택을 보장하고 실패를 피하기 위한 중요한 혁신 경로의 일부로 혁신 프로젝트를 신속하게 평가하고 개선한다.
유럽 연합에서.
유럽 우주국은 2000년대 중반에 TRL 척도를 채택했다. 이 기관의 핸드북은 TRL에 대한 NASA의 정의를 밀접하게 따른다. 2022년에는 ESA TRL 계산기가 대중에게 공개되었다. EU 정책에서 TRL의 보편적인 사용은 핵심 가능 기술에 대한 첫 고위 전문가 그룹의 최종 보고서에서 제안되었으며, 2013년부터 2020년까지 실행된 후속 EU 프레임워크 프로그램인 호라이즌 2020에 구현되었으며, EU의 다음 프레임워크 프로그램에서도 유지되었다. 이는 우주 및 무기 프로그램뿐만 아니라 나노기술부터 정보학 및 통신 기술에 이르기까지 모든 분야에 적용된다.
기송관(pneumatic tube) 또는 캡슐 파이프라인, 기송관 수송 또는 PTT 또는 PTS 또는 기송관 시스템(pneumatic tube systems)은 압축 공기 또는 부분적인 진공을 통해 튜브 네트워크를 통해 원통형 컨테이너/운반체를 추진하는 시스템이다. 이는 유체를 수송하는 일반적인 파이프라인과 달리 고체 물체를 수송하는 데 사용된다. 19세기 말과 20세기 초에 기송관 네트워크는 주로 우편, 기타 서류 또는 돈과 같은 작고 긴급한 소포를 비교적 짧은 거리로 운송해야 하는 사무실에서 가장 흔하게 발견되었다. 대부분의 시스템은 단일 건물 또는 도시 내의 한 지역으로 제한되었다. 가장 큰 설비는 당시에 상당히 복잡했지만, 정보 시대의 디지털화로 대부분 대체되었다. 일부 시스템은 21세기에도 병원과 같은 곳에서 혈액 샘플 및 이와 유사한 시간에 민감한 소포를 임상검사실로 보내 분석하는 용도로 계속 개발되었다.
일부 기송관 수송 시스템은 기차 및 지하철 시스템과 경쟁하기 위해 더 큰 화물 운송용으로 건설되었다. 그러나 이러한 시스템은 인기를 얻지 못했다.
기송관 수송은 1799년경 윌리엄 머독이 발명했다. 캡슐 파이프라인은 빅토리아 시대에 처음 사용되었으며, 전신국에서 인근 건물로 전보를 전송하는 데 사용되었다. 이 시스템은 기송 발송(pneumatic dispatch)으로 알려져 있다.
1854년, 조시아 래티머 클라크는 "공기 압력과 진공을 이용하여 장소 간 편지나 소포를 운반하는" 특허를 받았다. 1853년, 그는 런던의 스레드니들 스트리트에 있는 런던 증권거래소와 로스버리에 있는 일렉트릭 텔레그래프 컴퍼니 사무실 사이에 길이의 기송관 시스템을 설치했다. 일렉트릭 텔레그래프 컴퍼니는 이 시스템을 사용하여 주가를 비롯한 금융 정보를 얻어 자사 서비스 구독자에게 전보 선을 통해 전달했다. 이로써 정보의 전파가 훨씬 빨라졌는데, 기송관 시스템이 없었다면 회사는 두 건물 사이를 메시지를 운반할 주자를 고용하거나, 아니면 증권거래소 내에 숙련된 전신 기사를 고용해야 했을 것이다. 1860년대 중반, 회사는 리버풀, 버밍엄, 맨체스터의 지역 증권거래소에도 유사한 시스템을 설치했다. 영국에서 전신이 국유화된 후에도 우편 전신국 산하에서 기송관 시스템은 계속 확장되었다. 이러한 확장은 주로 1870년에 "이중 수문 기송 밸브"로 라티머-클라크의 발명품을 개선하고, 1880년에 "중간 신호기/기송관용 급속 차단 스위치"를 개발하여 작동 속도를 dramatically하게 높이고 한 번에 여러 개의 운반 메시지가 튜브에 있을 수 있도록 한 조셉 윌리엄 윌모트(이전 일렉트릭 텔레그래프 컴퍼니에 고용되었음)에 의해 추진되었다. 1880년에는 런던에 가 넘는 튜브가 있었다. 애버딘 어시장 사무실과 중앙 우체국 사이에 튜브가 설치되어 매우 부패하기 쉬운 상품의 신속한 판매를 용이하게 했다.
이들은 은행이나 슈퍼마켓의 현금 운반기를 포함하여 작은 소포 및 문서를 위해 일반적으로 사용되지만, 19세기 초에는 무거운 화물 운송을 위해 제안되었다. 한때 거대한 튜브 네트워크가 사람을 운송하는 데 사용될 수 있다고 예상되었다.
병원 내 기송관 시스템.
병원은 많은 환경에서 특히 고령 인구와 높은 입원율을 가진 곳에서 증가하는 환자 수와 처리량 압력을 다루기 위한 광범위한 자동화 전략의 일환으로 PTS를 배치한다. 국제 지표는 이질적인 경향을 보여준다. 2011년에서 2019년 사이에 많은 OECD 국가에서 퇴원율이 감소했지만, 다른 국가(예: 대한민국과 일본)에서는 상당히 증가했으며, 중국과 같은 주요 협력국에서도 증가했다. 이는 PTS와 같은 용량 솔루션이 내부 물류 병목 현상을 완화하기 위해 채택되는 이유를 보여준다.
역사와 채택
병원은 수십 년 동안 PTS를 배치해 왔으며, 현대 시스템은 단일 구역 레이아웃에서 고밀도 임상 영역을 연결하는 다중 구역 아키텍처로 전환하고 있다. 공급업체는 병원 물류의 일부로 부서 간 연결성(예: 약국–검사실–병동 연결) 및 감사 가능성을 강조한다.
적용 분야
검체 운송
PTS는 병동과 응급실에서 중앙 검사실로의 일상 및 긴급 검체 운송에 널리 사용된다. 연구에 따르면, 검증된 경우 PTS는 분석 품질을 저하시키지 않으면서 빠른 운송 시간을 달성할 수 있다. 그러나 효과는 분석물 및 시스템 설계에 따라 달라질 수 있으므로 검사실은 일반적으로 자체적으로 검증을 수행한다.
약국 물류 및 단위 용량
병원 약국은 PTS를 사용하여 병동 및 자동 조제 지점으로의 약물 분배를 신속하게 처리한다. 단위 용량 포장 및 조제 솔루션과의 통합은 환자별, 추적 가능한 약물 흐름을 가능하게 하고 폐쇄형 약물 관리 시스템을 지원한다. 산업 시스템(예: TheraPick; Baxter의 단위 용량 플랫폼) 및 병원 PTS 공급업체는 발송 및 수신 스테이션에서 종단 간 추적 가능성과 안전한 인계를 설명한다.
검사실 및 약국으로의 자동 인계
일부 PTS 설치는 전 분석 검사실 라인에 자동 인터페이스를 제공하여 운반체가 로봇으로 수신, 식별 및 언로드되어 표준 테스트가 최소한의 수동 처리로 완전히 자동화된 트랙에 진입할 수 있도록 한다. 약국 또한 발송 및 수신 시 통제된 접근 및 전자 기록을 강제하는 스테이션을 통합한다.
추가 사용 및 물류 통합.
미국에서는 드라이브스루 은행에서 종종 기송관을 사용하여 차량과 창구 직원 간에 현금과 서류를 운송했다. 2020년대에는 모바일 뱅킹 앱의 증가와 ATM의 정교화로 인해 이들 중 일부는 제거되었다. 많은 병원에는 컴퓨터 제어 기송관 시스템이 있어 약물, 문서 및 검체를 실험실과 간호사 스테이션으로 운송한다. 많은 공장에서는 부품을 넓은 캠퍼스 전체에 신속하게 전달하기 위해 이를 사용한다. 많은 대형 상점에서는 계산대에서 사무실로 초과 현금을 안전하게 운송하고, 거스름돈을 계산원에게 다시 보내는 시스템을 사용한다. 카지노에서는 돈, 칩, 카드를 빠르고 안전하게 이동시키는 데 사용된다. 일본의 러브 호텔에서는 고객이 익명으로 계산을 할 수 있도록 이를 사용한다. NASA의 원래 크리스토퍼 C. 크라프트 주니어 미션 관제 센터는 관제 콘솔과 직원 지원실을 연결하는 기송관을 가지고 있었다. 미션 작전 통제실 2는 1992년에 원래 구성으로 마지막으로 사용되었고, 그 후 다른 임무를 위해 개조되었다. 이 방은 1985년에 미국 국립역사기념물로 지정되었기 때문에 2017년에 1960년대 상태로 복원하기로 결정되었다. 기송관은 제거되어 복원을 위해 캔자스주의 코스모스피어로 보내졌다.
기송관 시스템은 핵화학에서 중성자 활성화 분석 중 샘플을 운반하는 데 사용되었다. 샘플은 중성자에 노출되는 핵반응로의 중심부에서 발생한 방사능을 측정하는 기기까지 이동해야 한다. 샘플의 일부 방사성 동위원소는 반감기가 매우 짧을 수 있으므로 속도가 중요하다. 이러한 시스템은 자동화될 수 있으며, 샘플 튜브 매거진이 미리 정해진 시간 동안 반응로 중심부로 차례로 이동한 다음, 기기 스테이션으로 이동하고 마지막으로 보관 및 폐기용 용기로 이동한다.
2011년 초 문을 닫기 전까지 미네소타 에디나의 맥도날드는 "세계 유일의 기송관 드라이브스루"라고 자칭하며, 스트립 몰에 있는 매장에서 주차장 한가운데 있는 드라이브스루로 음식을 보냈다.
기술 편집자 쿠엔틴 하디는 2015년 기준으로 기송관을 통한 데이터 전송에 대한 관심이 다시 높아졌다고 언급하며, 디지털 네트워크 보안에 대한 논의가 동반되었다고 지적했다. 그는 런던의 잊혀진 기송관 네트워크에 대한 연구를 인용했다.
트랜스로직(Translogic)은 현대 의료 기송관 시스템 공급업체 중 하나이다. 쿠카(KUKA)는 산업용 로봇 및 공장 자동화 시스템을 제조하는 독일 회사이다. 2016년, 이 회사는 중국 가전 제조업체인 메이디아 그룹에 인수되었다. 쿠카는 2014년에 스위스로그(Swisslog)를, 1999년에 트랜스로직(Translogic)을 인수했다.
관련 응용 분야로는 기송관 시스템과 매우 유사한 메커니즘을 사용하는 물고기 대포가 있다.
우편 서비스에서.
기송 우편 또는 기송 배달은 가압된 공기 튜브를 통해 편지를 전달하는 시스템이다. 이는 19세기 스코틀랜드 엔지니어 윌리엄 머독이 발명했으며, 후에 런던 기송 발송 회사에 의해 개발되었다. 기송 우편 시스템은 19세기 후반부터 여러 대도시에서 사용되었지만(1866년 런던 시스템은 시험 운행 중 사람을 운송할 수 있을 정도로 강력하고 컸지만, 그 용도는 아니었음), 나중에는 대부분 버려졌다.
파리 (프랑스)의 주요 튜브 네트워크( 파리 기송관 우편)는 1984년까지 사용되었으며, 그 후 컴퓨터와 팩스로 대체되었다. 프라하 기송관 우편은 1889년 현재 체코의 프라하에서 대중에게 개통되었으며, 네트워크는 약 까지 확장되었다.
기송 우편국은 일반적으로 우체국, 증권거래소, 은행 및 부처를 연결한다. 이탈리아는 기송 우편용 우표(1913년 ~ 1966년)를 발행한 유일한 국가였다. 오스트리아, 프랑스, 독일은 기송관 사용을 위한 우편 물품을 발행했다.
일반적인 응용 분야는 은행, 병원 및 슈퍼마켓이다. 많은 대형 소매점에서는 기송관을 사용하여 계산원에서 경리 부서로 판매 전표나 기타 문서를 운송했다.
대중교통에서.
1812년, 조지 메드허스트는 처음으로 승객 객차를 터널을 통해 날려 보내는 것을 제안했지만, 결코 실행되지 않았다. 승객 운송용 기송관 시스템의 전신인 대기압 철도(튜브는 레일 사이에 놓여 있고, 튜브 상단의 밀폐 가능한 슬롯을 통해 열차에 매달린 피스톤이 그 안에서 움직임)는 다음과 같이 운행되었다.
1861년, 런던 기송 발송 회사는 사람을 이동시킬 수 있을 만큼 큰 시스템을 구축했지만, 이는 소포를 위한 것이었다. 1865년 10월 10일 새 홀본 역 개통식에서는 회장인 리처드 템플-누전트-브리지스-찬도스-그렌빌, 제3대 버킹엄 앤 찬도스 공작과 일부 회사 이사들이 튜브를 통해 유스턴으로 날려 보내지면서(5분 소요) 기념했다.
길이의 크리스탈 팰리스 기송관 철도는 1864년 수정궁에서 전시되었다. 이것은 템스강 아래를 지나 런던 워털루역과 채링크로스를 연결하는 워털루 앤 화이트홀 철도 제안의 프로토타입이었다. 굴착은 1865년에 시작되었지만 재정 문제로 인해 1868년에 중단되었다.
1867년 뉴욕의 미국 연구소 박람회에서 앨프레드 엘리 비치는 길이 , 직경 의 파이프를 시연했는데, 이는 12명의 승객과 승무원을 이동시킬 수 있었다. 뉴욕시 최초의 고가 철도 노선이 개통된 지 1년 후인 1869년, 뉴욕의 비치 기송관 운송 회사는 새로운 운송 방식의 가능성을 시연하기 위해 브로드웨이 (맨해튼) 아래에 길이 , 직경 의 기송관 지하철 노선을 비밀리에 건설했다. 이 노선은 몇 달 동안만 운영되었고, 비치가 노선 확장을 위한 허가를 받는 데 실패한 후 폐쇄되었다. 보스 트위드, 즉 부패한 영향력 있는 정치인은 고가 철도 노선에 개인적으로 투자할 계획이었기 때문에 이를 진행하기를 원치 않았다.
1920년대에 캐나다 태평양 철도와 캐나다 국영 철도는 협력하여 토론토의 유니언 스테이션의 A 우편국에 있는 네 개의 사무실 사이에 4,500미터의 정교한 기송관 시스템을 구축했다. 로열 요크 호텔의 우편실과도 연결되어 있었다. 스타와 텔레그램 신문사도 이 시스템에 합류하여 파이프를 설치했다.
1960년대, 록히드와 매사추세츠 공과대학교는 미국 상무부와 함께 미국의 동부 해안 도시들을 연결하기 위해 주변 기압과 "중력 진자 보조"로 구동되는 백트레인 시스템에 대한 타당성 조사를 수행했다. 그들은 펜실베이니아 필라델피아와 뉴욕 간 운행이 평균 초당 174 미터 매 초, 즉 626 km/h(388 mph)에 달할 것이라고 계산했다. 이 계획이 너무 비싸다는 이유로 포기되자, 록히드 엔지니어 L. K. 에드워즈는 "중력-진공 수송" 기술을 개발하기 위해 튜브 트랜짓(Tube Transit, Inc.)을 설립했다. 1967년 그는 당시 건설 중이던 BART 시스템과 나란히 운행할 캘리포니아주의 베이 지역 중력-진공 수송을 제안했다. 이는 결코 건설되지 않았다.
부분적으로 진공 상태인 튜브에서 운행하는 열차, 예를 들어 백트레인과 하이퍼루프에 대한 연구는 계속되고 있다.
기송 엘리베이터.
기송 엘리베이터 는 원통형 수직 샤프트(일반적으로 투명 플라스틱으로 만들어짐)와 샤프트 내에서 위아래로 공기압 차이를 통해 움직이는 승객 캡슐(역시 투명함)로 구성된다. 가장 큰 장점은 샤프트 아래에 구덩이나 샤프트 위에 로프트가 필요 없다는 것이다.
상승 작동을 위해 엘리베이터 샤프트 상단의 진공 펌프가 캡슐 위에서 공기를 빨아들여 저압을 생성하는 동안, 아래(1층) 수준에서 더 큰 정상 대기압이 캡슐 아래로 들어갈 수 있도록 허용하여 상승력을 제공한다.
하강하기 위해 튜브형 샤프트 내부의 전자 제어 밸브는 실린더 내 공기의 유입과 유출을 조절하여 프로그램된 작동을 통해 차량을 부드럽게 내린다. 진공 펌프 또는 전자 제어 밸브가 고장나는 경우, 캡슐 아래에 갇힌 공기량은 기계식 밸브를 통해 천천히 빠져나갈 수 있는 완충재 역할을 하여 캡슐을 가장 낮은 수준으로 부드럽게 되돌린다.
송금에서.
대형 소매점에서는 기송관 시스템을 사용하여 판매 전표와 돈을 판매원에서 중앙 튜브실로 운송했으며, 그곳에서 계산원은 거스름돈을 만들고, 신용 기록을 참조하는 등의 작업을 할 수 있었다.
드라이브스루를 갖춘 많은 은행들도 기송관을 사용한다.
많은 병원에는 검체를 임상검사실로 보내는 기송관 시스템이 있다. 혈액 보존액은 원심력과 가속력으로 인한 용혈을 방지하는 것은 물론, 무게와 운송 시간도 중요하게 고려되어 운송된다. 기송관 시스템은 병원에서 X선, 환자 문서, 일반 문서, 약물 및 검사 결과를 운송하는 데에도 사용된다.
기송관 시스템은 시스템에 비해 훨씬 적은 막힘으로 리터 용량의 IV 백을 처리할 수 있는 것으로 나타났다.