기본 콘텐츠로 건너뛰기

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/
라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

벽돌 속에 전기를 저장하는 코팅

  ( Red brick device developed by chemists at Washington University in St. Louis lights up a green light-emitting diode. The photo shows the core-shell architecture of a nanofibrillar PEDOT-coated brick electrode. Credit: D'Arcy laboratory, Department of Chemistry, Washington University in St. Louis )  신재생 에너지 확대와 에너지를 24시간 차질 없이 공급해야 하는 기업과 기관 (예를 들어 병원, 금용기관, 중요 산업 시스템 및 기타 갑자기 시스템을 중지할 수 없는 분야)이 증가함에 따라 에너지 저장 장치 (ESS)의 수요 역시 가파르게 증가하고 있습니다. 특히 풍력과 태양광처럼 에너지 생산량 변동이 심한 에너지원이 보급되면서 값싸고 안전하게 대량의 에너지를 저장할 수 있는 방법의 요구가 커지고 있습니다.   워싱턴 대학 줄리오 다르시 ( Julio D'Arcy ) 교수가 이끄는 연구팀은 평범한 벽돌에 전기를 저장할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 연구팀의 접근법은 전기가 통하는 폴리머 소재인  PEDOT를 코팅해 벽돌 자체를 슈퍼 커패시터 (콘덴서)로 만드는 것입니다. 화학 배터리 대신 슈퍼 커패시터에 전기를 저장하는 연구는 일찍부터 있어왔지만, 흔한 벽돌 소재의 슈퍼 커패시터는 참신한 시도라고 할 수 있습니다. 벽돌에 에너지를 저장하려는 시도 역시 이전에도 있었지만, 대개 열을 저장하는 방식이었고 전기 자체를 저장하는 방식은 새로운 시도입니다.   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221592595133  연구팀에 따르면 일반적인 크기의 벽돌에 PEDOT 소재를 코팅할 경우 최대 10분 정도 LED 전...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

상어 비늘을 흉내낸 항공기 스킨 - 에어로샤크

  (출처: 루프트한자 그룹) ​ ​ 몇년 전 소개드린 바 있는 에어로샤크(AeroSHARK)가 유럽 항공 안전국(EASA)으로부터 에어버스 A330-300에 탑재해도 좋다는 승인을 받아 적용 범위를 확장하게 됐습니다. 상어의 비늘을 모방해서 항력을 낮추는 에어로샤크는 가벼운 필름 형태로 부착해서 항공기의 연료 효율을 높일 수 있습니다. ​ 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/222658782756 ​ 항공기를 잡아당기는 항력 (drag)은 항공기의 연료 소모를 증가시키는 원인 중 하나입니다. 여객기의 알루미늄 합금 동체는 만져보면 매끄럽게 느껴지지만, 사실 표면은 미세하게 거친 상태입니다. 비행기가 시속 890km의 속도로 대기를 뚫고 나아갈 때 얇은 공기층이 동체에 달라붙는데, 표면과 이 공기층 사이에는 약 1밀리미터 두께의 아주 작은 틈이 있습니다. 점성 하층이라고 불리는 이 틈은 소용돌이가 무질서하게 뒤섞인 공기 덩어리입니다. ​ 이 얇은 난류층은 표면 마찰 항력을 발생시킵니다. 이는 전체 공기역학적 항력의 약 50%를 차지하며, 성능과 비행 효율을 떨어뜨리는 요인입니다. 그런데 사실 상어는 수억 년 전부터 기발한 방법으로 물속에서 항력을 낮춰왔습니다. 상어는 작고 이빨처럼 생긴 비늘인 피부치상돌기를 지니고 있습니다. 상어의 몸을 따라 길게 뻗어 있는 이 작은 돌기들은 물이 상어의 몸 위로 흐를 때, 미세한 소용돌이가 피부에 직접 닿지 않도록 막습니다. 이렇게 하면 난류가 억제되어 상어가 빠르고 부드럽게 헤엄칠 수 있게 됩니다. ​ ​ 에어로사크는 자연의 디자인을 모방하여 유사한 효과를 냅니다. 이는 상어 이빨 능선의 기하학적 구조와 높이, 간격을 흉내낸 50마이크로미터 크기의 홈이 새겨진 인공 고분자 필름입니다. 이 얇은 필름을 비행기 동체에 붙으면 비행당 연료 소비량과 배출량을 1% 줄일 수 있으며, 날개와 꼬리날개에도 붙인 경우 최대 2%까지 줄일 수 있습니다. ​ 디스커버 항공은 자사의 에어버스 ...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기