(The flame length and propulsive thrust of this new microwave-accelerated plasma thruster design appear to vary linearly with power application and air speed, making it a potentially promising design for electric aviation. Credit: Dan Ye, Jun Li and Jau Tang)
(The thruster design uses an air compressor to generate initial air speed, then ionizes air into a plasma and heats it up to high temperatures and pressures using a powerful microwave. Credit; Dan Ye, Jun Li and Jau Tang)
중국 우한 공대 (Institute of Technological Sciences at Wuhan University)의 연구팀이 마이크로웨이브 플라스마를 이용해 제트 엔진 같은 강한 추력을 낼 수 있는 방법을 개발했습니다. 높은 온도에서 전자와 분리되어 이온이 된 플라스마는 연소된 기체보다 더 고온이기 때문에 같은 양의 연료라도 더 높은 추력을 낼 수 있습니다. 나사의 소행성 탐사선 던을 비롯해 최근 개발된 많은 우주선과 인공위성이 이온 플라스마 엔진을 사용하는 이유입니다.
하지만 현재 사용 중인 플라스마 엔진은 한 가지 큰 단점이 있습니다. 사실 던에 사용된 플라스마 엔진의 최대 추력은 종이 한 장 움직일 정도에 불과합니다. 마찰이 없는 우주 공간에서는 낮은 가속도라도 계속 힘을 주어 가속하면 속도가 빨라지지만, 공기 중에서는 공기 마찰에 의한 감속을 고려하면 사실상 의미 없는 수준의 힘입니다.
연구팀은 제논 대신 공기를 흡인한 후 이를 마이크로웨이브를 이용해 섭씨 수천도 이상의 플라스마 상태로 만드는 기술을 개발했습니다. 이렇게 만든 플라스마 토치는 24mm 튜브 위에 올려 놓은 1kg 철 구슬을 움직일 정도로 강한 추력을 낼 수 있습니다. 크기를 키우면 제트 엔진과도 비교할 수 있을 만큼 큰 추력입니다. 공기를 플라스마로 만드는 형태의 엔진이기 때문에 전기 에너지만 있으면 공기 중에서는 다른 연료가 필요없다는 것이 가장 큰 장점입니다.
(동영상)
우한이라고 하면 이제는 코로나 19로 유명한 지역이 되었지만, 중국의 대도시 가운데 하나이고 여기에도 유수의 대학들이 있어 이런 연구를 진행하는 것 같습니다. 그래도 한동안 우한이라고 하면 코로나 19를 먼저 생각할 수밖에 없을 것 같습니다.
참고
"Jet propulsion by microwave air plasma in the atmosphere," AIP Advances (2020). DOI: 10.1063/5.0005814
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