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2019년 12월 7일 토요일

명왕성까지 4년이면 가능? Direct Fusion Drive (DFD)



(A Direct Fusion Drive-powered spacecraft in orbit around Pluto, with the lander ready to deploy from the right-hand side. The large wing-like structures are the radiators and the optical communications lasers are on trusses extending from the center. Credit: Princeton Satellite Systems, NASA/JHUAPL/SwRI)


 앞서 소개한 것처럼 나사는 명왕성에 다시 탐사선을 보낼 계획을 가지고 있습니다. 지금까지 목성, 토성은 궤도로 진입한 경우를 포함해 모두 2회 이상 탐사선이 갔지만, 천왕성, 해왕성, 명왕성은 보이저 2호와 뉴호라이즌스호가 스쳐 지나간 것이 전부입니다. 이 행성들은 거리가 멀기 때문에 지금 탐사선을 발사해도 도착하기까지 상당한 시간이 걸립니다. 


 나사의 NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) phase 1 프로그램의 지원을 받은 Direct Fusion Drive (DFD) 프로젝트는 명왕성까지 4년 이내에 궤도 탐사선을 보낼 수 있는 새로운 엔진을 개발하고 있습니다. DFD이 뭔가 SF 적인 이유는 핵융합 반응을 이용한 엔진이라는 점 때문입니다. 


 이 엔진은 기본적으로 지름 2m, 길이 10m의 솔레노이드 코일에 헬륨 3와 중수소를 넣고 RF로 가열해 내부에서 초고온으로 만든 후 핵융합 반응이 일어나면 이 에너지를 직접 분사해 추력을 얻는 방식입니다. 내부는 자기장으로 뜨거운 플라즈마를 가두는 장치 이외에 연료로 분사되는 차가운 플라스마 층이 존재합니다. (영상 참조) 당연히 현재 작동하는 실물이 있는게 아니라 프로토타입을 연구 중입니다. 현재 기술 수준으로는 안정적인 핵융합 반응 유지는 불가능하기 때문에 펄스 방식으로 플라스마를 배출합니다.




(동영상) 



 만약 일부 연료라도 핵융합 반응을 유도하면 상당한 에너지가 방출되기 때문에 추진력은 물론 전기에너지 생산도 가능합니다. 물론 적은 연료로도 장거리 비행이 가능해 1톤급 탐사선과 착륙선을 4년 안에 명왕성까지 보낼 수 있습니다. 문제는 실제로 작동하는 엔진을 개발하는 것입니다. 이 프로젝트를 이끄는 프린스턴 위성 시스템이 스테파니 토마스 (Stephanie Thomas from Princeton Satellite Systems, Inc.)에 의하면 나사로 부터 5000만 달러를 지원받았으나 사실 프로젝트의 어려움에 비하면 많은 액수라고 보기는 어려울 것입니다. 


 사실 이런 일이 가능하다면 로켓 엔진보다는 핵융합 반응로로 더 유망하지 않을까 하는 생각도 듭니다. 현재 phase II 개발이 진행 중이라고 하는데, 프로젝트가 어떤 결과물을 내줄지 궁금합니다. 



 참고 




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