인공 위성의 수명을 늘릴 전기 이온 추진 엔진

(Credit: ESA/Sitael)

 유럽 우주국(ESA)가 새로운 형태의 이온 플라스마 엔진을 개발하고 있습니다. SITAEL사와 협력을 통해 개발하는 이 엔진의 특징은 따로 추진체를 탑재하지 않고 지구 대기권 상부의 희박한 공기를 흡입해서 가속한 후 추진력을 만드는 이온 엔진이라는 점입니다. 

 빠른 속도로 가속된 이온을 발사해서 추진력을 얻는 이온 엔진은 이미 상용화되어 있지만, 몇 가지 단점도 존재합니다. 비록 화학 로켓 대비 절반 정도의 연료만 필요하지만, 그래도 여전히 상당한 연료가 필요하며 제논(Xenon) 같이 구하기 어려운 물질을 연료로 사용한다는 점도 단점입니다. 

 예를 들어 유럽 우주국이 발사한 Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer (GOCE) 위성의 경우 40kg의 제논을 탑재하고 임무를 수행했으나 연료가 떨어진 후에는 임무를 더 이상 진행하기 어려워졌습니다. 만약 지구 대기 상부의 매우 희박한 이온들을 빨아들여 더 빠른 속도로 발사해 추진력을 얻을 수 있다면 제논 연료를 따로 탑재할 필요가 없어지기 때문에 위성의 수명은 물론 무게와 비용을 줄일 수 있습니다. 

 ESA와 SITEAL의 목표는 고도 200km 정도 높이에서 희박한 상층 대기의 이온을 흡입해 이 궤도를 유지할 수 있는 속도인 7.8km/s의 속도를 장기간 연료 없이 달성하는 것입니다. 동력은 위성의 태양전지를 사용하고 별도의 연료 없이 작동하기 때문에 이론적으로 위성이 고장나기 전까지 계속해서 작동할 수 있습니다. 

 연구팀은 고도 200km의 상황을 재연한 테스트 시설에서 이온 엔진이 실제로 작동할 수 있다는 것을 입증했습니다. 다만 처음에는 엔진의 성능을 입증하기 위해 낮은 밀도의 제논 가스를 사용했습니다. 그리고 이후 산소 - 질소 혼합물을 사용했는데, 파란색의 제논 이온 추진체 불꽃과 달리 자주색 (purple) 불꽃이 보이는 것이 특징입니다. (사진) 

 물론 실제로 상용화까지는 아직 많은 연구가 필요하지만, 가능하다면 여러 모로 쓸모 있는 기술이 될 것으로 기대됩니다. 지구는 물론 대기를 지닌 다른 천체에도 응용이 가능한 점 역시 앞으로 우주 탐사에서 기대되는 부분입니다. 긍정적인 결과가 있기를 기대합니다. 

 참고 

https://newatlas.com/air-breathing-electric-thruster/53671/