스위스의 로잔 연방 공과 대학 ( Ecole Polytechnique Federale de Lausanne EPFL) 연구자들은 놀랍게도 중량이 수백 그람에 불과한 이온 모터를 제작하는데 성공했다고 합니다. 이 이온 모터의 추력은 아주 작지만 대신 그 크기가 매우 작고 가벼워 1 리터 크기 (가로, 세로, 높이 10 cm) 의 초소형 인공위성이나 소형 탐사선에 탑재하기에 매우 적합합니다. 또 아주 여러개를 박막형태처럼 제작해서 보다 크기를 키울 수도 있습니다.
이 초소형 이온 모터는 앞으로 나노 위성 (Nanosatellite) 이나 혹은 1 - 100 kg 정도 크기의 아주 작은 탐사선등에 활용될 수 있을 것으로 보입니다. 이온 로켓의 가장 큰 장점은 화학 반응을 이용한 로켓에 비해 추력이 약하긴 하지만 연료의 양의 비해 상당히 오래 작동이 가능하기 때문에 장거리 우주 여행에서는 기존 화학 로켓에 비해 적은 연료로 높은 속도를 구현할 수 있다는 장점이 있습니다.
지구에서 우주로 - 저 지구 궤도 LEO - 나갈 때는 당연히 순간적으로 강한 추력을 내는 화학 로켓이 필요하지만 일단 지구 궤도에 진입한 이후에는 이온 로켓을 이용해서 장시간 가속하는 정도로도 달이나 그 밖에 태양계 다른 지역으로 탐사가 가능할 것입니다.
금번에 EPFL 이 개발한 이온 모터는 위의 동영상에서 보듯이 극도로 작아서 이게 모터인가 할 정도로 작습니다. 연료로는 EMI - BF4 라는 액체 연료를 사용하며 상온에서 액체 상태이기 때문에 수소/산소 보다 작은 용기에도 안정적으로 보관이 가능합니다.
동력원은 작은 태양전지에서 공급되며 이 에너지를 이용해서 연료를 이온상태로 만든 다음 이를 분사해 추진력을 얻기 때문에 적은 연료로도 오랜 시간 가속이 가능하며 공기 저항이 없는 우주에선 결과적으로 빠른 속도를 구현할 수 있습니다.
일단 연료가 모세관 현상을 통해 작은 관을 타고 실리콘 노즐 쪽으로 나오면 (노즐 크기는 평방 센티미터 당 1000 개가 들어갈 만큼 작음) 1000 볼트의 전극에 의해 이온화 되서 분사되는 방식입니다. 이 때 전극은 +/- 로 대전되어 음전하와 양전하 이온 모두를 분사하게 됩니다.
이 이온 모터는 크기 만큼이나 추력도 작습니다. 하지만 꾸준히 6개월 가속하면 우주선의 속도를 24000 km/hr 정도 추가로 가속할 수 있으며 우주선이 발사시 본래 가지고 있는 속도를 감안하면 장기간 가속시 지구 저궤도에서 보다 높은 정지 궤도나 혹은 달 탐사까지도 가능할 수 있습니다.
연구자들이 또 한가지 더 기대하고 있는 것은 소형의 저렴한 위성을 이용해서 지구 저궤도를 돌고 있는 우주 쓰레기들을 처리하는 것입니다. 이런 업무에는 1회용으로 쓸 수 있는 저가형 로켓이 제격이기때문에 크기를 매우 줄일 수 있는 이온 로켓이 적당하다고 하겠습니다. (우주 쓰레기를 어떻게 처리하는지는 위의 동영상 참조)
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