(An X3 thruster that AERO Professor Alec Gallimore's team has been working on in conjunction with NASA in the Plasmadynamics & Electric Propulsion Laboratory in Ann Arbor, MI on April 28, 2015. The thruster is being built and tested with hopes of it powering humans to Mars in the near future. Credit: Joseph Xu, Michigan Engineering Communications & Marketing)
아직 인류는 달 궤도 이상의 우주를 탐사한 적이 없습니다. 나사는 2030년대에 화성까지 인류를 진출시킨다는 장기적인 비전을 가지고 있으나 사실 1960년대 이후 나사가 이런 비전을 세우지 않은 적은 없었습니다. 번번히 예산 문제와 기술적 문제로 실현되지 못했을 뿐이죠. 그중에서 장기간 작동이 가능한 강력한 엔진은 현재까지 개발되지 못했습니다.
앞으로 화성 탐사과 그 너머를 탐사하는 데 엔진이 중요한 것은 말할 필요도 없습니다. 화학 로켓을 통해서 일단 화성으로 가는 궤도에 접어든 다음 전체 여행 기간을 단축시키기 위해서 이온 로켓을 사용하는 방안은 이전부터 제시되었으나 실제로 우주에 발사된 이온 로켓들은 매우 추력도 낮고 크기도 작은 소형 엔진들이었습니다.
미시간 대학의 알렉 갈리모어(Alec Gallimore) 교수와 그의 동료들은 앞으로 3년간 Aerojet Rocketdyne사와 협력하에 XR-100이라는 새로운 로켓 추진 시스템을 만드는데 650만 달러를 지원받았습니다. 이 시스템의 핵심은 X3라고 명명된 홀 추진기(Hall thruster) 방식의 엔진입니다.
홀 추진기는 나선으로 흐르는 전류가 만드는 자기장이 원형의 추진기 안에 있는 이온을 빠른 속도로 가속하는 원리는 이용한 것으로 보통 제논(Xenon) 이온 입자가 보관도 편리하고 질량도 크기 때문에 주로 사용됩니다. 실제로 현재 지구 주변 궤도나 혹은 우주를 날아다니는 이온 로켓이 이 홀 추진기를 사용하고 있습니다.
하지만 갈리모어 교수에 의하면 현재 우주에 있는 가장 강력한 추진기도 4.5 kW 정도에 불과하다고 합니다. 반면 X3는 200kW급으로 훨씬 강력한 출력을 지니고 있어 인간이 탑승할 대형 우주선에 지속적으로 추진력을 제공할 수 있습니다. 이 이온 엔진은 제논 원자핵을 초속 3만 미터의 고속으로 발사해 우주선을 가속합니다.
이온 로켓은 화학 로켓 대비 속도도 더 빠를 뿐 아니라 훨씬 적은 연료를 사용하므로 화성 탐사 같은 장거리 탐사에 상당히 유리합니다. 다만 동력을 공급하는 문제가 있는데, 현재는 태양 전지를 사용한다는 계획이지만, 원자력 등의 다른 방안도 검토될 수 있을 것 같습니다.
이전에 전해드린 것과 같이 나사는 화성 유인 탐사선의 동력으로 열핵추진 방식의 엔진을 고려하고 있으나 안전성을 감안하면 태양전지 + 이온 엔진의 조합 역시 가능할 것으로 생각됩니다. (이전 포스트 참조 http://blog.naver.com/jjy0501/220266751322 )
과연 미래 인류를 먼 우주로 인도할 엔진은 어떤 것일 될지 궁금합니다 .
참고
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