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2018년 10월 25일 목요일

태양계 이야기 713 - 이온 엔진과 함께 수성으로의 긴 여행을 떠난 베피콜롬보




(Artists's impression of BepiColombo at Mercury(Credit: ESA))

(The T6 ion thruster will help send BepiColombo to Mercury(Credit: QiniteQ))


 유럽 일본 합작 (ESA-JAXA) 수성 탐사선인 베피콜롬보 (BepiColombo)는 발사 중량만 4.1톤에 달하는 대형 탐사선으로 수성 행성 궤도선 Mercury Planetary Orbiter (MPO)과 수성 자기장 궤도선 Mio (Mercury Magnetospheric Orbiter, MMO)의 두 위성으로 구성된 복합 탐사선입니다. 이 대형 탐사선을 수성까지 보내기 위해서 지구에서 한 번, 금성에서 두 번, 수성에서 6번의 플라이바이(flyby)를 통한 감속이 필요하기 때문에 90억km의 거리와 2025년까지 긴 여정이 필요합니다. 


 하지만 사실대로 말하면 이것만으로도 충분하지는 않습니다. 지구 궤도에서 수성 궤도로 진입하기 위해서는 우주선의 속도를 상당히 감속해야 합니다. 만약 기존의 화학 로켓으로 감속을 하게 되면 우주선의 무게가 감당하기 어려울 정도로 커지거나 혹은 과학 탐사 장비의 무게를 대폭 줄여야 하지만, 베피콜롬보는 최신이 이온 추진 엔진인 T6 (T6 ion thruster)를 이용해서 비교적 적은 연료로 충분한 감속을 할 수 있습니다. 


 이온 플라스마 추진 엔진은 고속의 이온 입자 (보통 제논 입자)를 이용해서 추력을 발생시킵니다. 에너지원은 태양 전지이기 때문에 태양 전기 추진 시스템 Solar Electric Propulsion System (SEPS)이라고 부릅니다. T6는 카프만 이온 엔진 (Kaufman Ion Engine)이라는 형태의 이온 엔진으로 22cm 지름의 원통형 지름을 지니고 있으며 최대 145mN의 추력을 내는 엔진 4개가 탑재되어 있습니다. 이 이온 엔진은 제논 입자를 초속 50km의 빠른 속도로 방출하면서 우주선을 감속시킵니다. 제작은 영국에 기반을 둔 다국적 방산 회사인 QiniteQ가 담당했습니다. 


 T6의 추력은 사실 종이 한 장 들어올리는 수준에 불과합니다. 하지만 마찰이 없는 우주 공간에서 꾸준히 추력을 내 몇 년에 걸쳐 우주선을 가속시키거나 감속시킬 수 있습니다. 앞서 두 개의 소행성을 탐사한 던 탐사선도 마찬가지 방법으로 탐사를 진행할 수 있었습니다. 이온 로켓은 연료 탑재량이 최소 절반 이하 수준에 불과해서 화학 로켓으로는 불가능한 우주 탐사가 가능해지고 있습니다. 


 앞으로 점점 강력한 이온 추진 엔진이 개발되면 더 크고 빠른 우주선 개발도 가능해질 것입니다. 언젠가 화성과 태양계의 다른 행성을 탐사할 유인 우주선 역시 이온 추진 로켓을 사용하게 될지도 모릅니다. 


 참고 



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