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증기 추진 로켓 엔진? ThermaSat

 


(Artist's concept of a ThermaSat unit installed on the bottom of a CubeSat. Credit: Howe Industries)




(Diagram of the ThermaSat. Credit: Howe Industries)



 큐브셋 (CubeSat)은 작은 상자 크기의 미니 위성으로 최근 상업용 위성은 물론 우주 탐사에서도 주목받는 기술입니다. 하지만 큐브셋은 크기가 작은 만큼 여러 가지 제약이 있습니다. 통신이나 센서, 장비의 경우 기술의 도움으로 소형화가 쉽지만, 로켓 엔진의 경우 그렇지가 않다는 것이 큰 문제입니다. 저지구궤도에 있는 위성이라도 안전하게 궤도를 지키기 위해서는 반드시 로켓을 이용해서 제자리를 지켜야 하기 때문에 많은 큐브셋의 수명은 그렇게 길지 않습니다. 



 호위 인더스트리스 (Howe Industries)는 색다른 방법으로 10 x 10 x 10 cm 크기의 작은 유닛에도 탑재할 수 있는 초소형 로켓 엔진을 개발했습니다. 사실 전통적인 로켓 엔진과 추진체는 큐브셋에 사용하기에는 적합하지 않은 것이 대부분입니다. 큐브셋 자체가 크기가 작은 것도 있지만, 대부분 다른 위성 발사 시 자투리 공간에 탑재하는 방식이라 인화성이나 폭발 가능성, 독성이 있는 연료를 탑재하기가 매우 어렵습니다. 따라서 호위 인더스트리스의 연구팀은 놀랄만큼 안전한 대안을 제시했습니다. 바로 물을 사용하는 것입니다. 



 써마셋 (ThermaSat) 엔진은 물을 고온의 수증기로 만들어 추력을 발생시키는 로켓 엔진입니다. 이 방식의 독특한 점은 광학 결정과 금 도금 거울 (photonic crystals and gold-tinted mirror)을 이용해 작은 큐브셋 표면에 내려쬐는 태양 에너지를 집중시켜 내부의 열 캐파시터 (Thermal capacitor)를 섭씨 779도까지 가열하는 것입니다. 



 대략 129㎠ 면적의 태양열 패널을 사용하는 2.4kg의 써마셋 엔진은 1kg의 증류수를 연료로 탑재하며 2리터 부피를 지닌 2U 큐브셋에 탑재할 수 있습니다. (구조는 위를 참조) 이 정도 크기의 써마셋 엔진은 태양열을 모아서 열 캐파시터를 높은 온도로 가열한 후 203초 동안 1.02N의 추력을 낼 수 있습니다. 물론 추력은 높지 않지만, 큐브셋 자체가 본래 작아서 이 정도면 큐브셋을 궤도에 최대 5년간 올려놓을 수 있다고 하네요. 



 단순한 구조와 폭발 가능성이 없는 안전한 연료, 그리고 무엇보다 저렴한 가격 덕분에 연구팀은 큰 가능성이 있다고 보고 있습니다. 다만 실제로 우주에서 제대로 작동하는지는 앞으로 검증이 필요한 부분입니다. 써마셋 프로그램은 현재 1단계 Small Business Innovation Research (SBIR) 연구로 선정되어 디자인 타당성 검토를 마쳤으며 이제 2단계로 진행해 실제 작동하는 프로토타입을 만드는 중입니다. 이론적으로는 기발한데 과연 실제로도 그럴 듯한 결과를 보여줄 지 궁금합니다. 



 참고 



https://newatlas.com/space/thermasat-steam-powered-cubesat-propulsion/
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