금속을 연료로 사용하는 플라스마 엔진 - 마그드라이브

 (Magdrive's next generation Super Magdrive + Rogue plasma thruster which will be launched June 2025. Credit: Magdrive)

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현재 사용되는 로켓의 대세는 화학 로켓입니다. 한 번에 큰 힘을 낼 수 있어 군사 목적인 미사일이나 우주 발사체 목적으로 가장 적합합니다. 하지만 연료 무게 대비 추력이 낮아 연료를 대량으로 실어야 하는 문제점이 있습니다.

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반면 이온 플라스마 로켓의 경우 자기장으로 가속된 이온을 이용해 가속하기 때문에 같은 연료 대비 거의 두 배 정도 높은 추력을 기대할 수 있습니다. 대신 한 번에 낼 수 있는 추력이 낮아 군사 목적은 물론 우주 발사체 목적으로 적합하진 않습니다. 그래도 장거리 우주 비행에 적합하다는 점 때문에 최근 많은 연구가 이뤄지고 있습니다.

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영국 사우샘프턴 대학의 연구팀이 설립한 마그드라이브 (Magdrive)도 우주 탐사 및 인공위성에 사용할 플라스마 엔진을 개발하고 있는데, 이들의 독특한 부분은 연료로 무거운 금속을 사용한다는 것입니다.

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이들이 개발한 슈퍼 마그드라이브 기술은 태양전지에서 얻은 에너지를 이용해 철 같이 무거운 금속을 이온 형태로 바꾸는데서 시작합니다. 이렇게 만든 이온을 총알처럼 쏜 다음 강력한 자기장에서 가속하면 상당한 추력을 내는 이온 플라스마 엔진으로 만들 수 있습니다.

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연구팀은 2.5kg에 불과한 작은 프로토타입 슈퍼 마그드라이브 엔진을 2U 큐브셋에 탑재한 후 2023년 팔콘 9 Transporter-6 임무와 함께 발사했습니다. 첫 테스트에 성공한 후 마그드라이브는 5배 정도 강한 새로운 엔진을 우주에서 테스트할 계획입니다. (사진 참조)

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마그드라이브가 먼저 초점을 맞춘 시장은 큐브셋처럼 많은 연료를 탑재하기 힘든 작은 인공위성입니다. 철 같은 금속은 무게 대비 부피가 작은 만큼 소형화가 쉽기 때문입니다.

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하지만 이들의 궁극적인 목표는 우주입니다. 혜성이나 소행성에서 철, 구리, 알루미늄 같는 금속을 수집한 후 바로 연료로 사용할 수 있기 때문에 우주 탐사가 가능한 범위를 획기적으로 늘릴 수 있다는 게 연구팀의 주장입니다.

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참고로 마그드라이브의 수석 과학자는 김민관 박사 (Dr. Minkwan Kim)인데 이름으로 봐서 한국분 같습니다. 우주 개발 분야에서 한국계 과학자의 선전을 기대해 봅니다.

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참고

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https://newatlas.com/space/super-magdrive-plasma-thruster-metal-fuel/

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https://www.southampton.ac.uk/news/2024/09/scientists-begin-testing-space-thruster.page