장거리 우주 여행을 위한 냉각 탱크 기술을 개발하는 나사

 

(Credit : NASA)

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인류를 화성과 더 먼 심우주로 보내는 것은 나사의 오랜 꿈이었습니다. 하지만 그 꿈을 이루기 위해선 막대한 예산 확보는 물론 여러 가지 해결해야 할 기술적 문제가 있습니다. 이런 문제 중 하나는 연료를 액체 냉각 상태로 유지하는 것입니다.

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많은 연료가 필요 없는 인공위성의 자세 제어나 무인 우주 탐사선의 자세 제어에는 하이드라진이 주로 사용되고 있습니다. 독성이 있고 추력은 낮지만, 산화제인 질산 화합물만 있으면 매우 쉽게 점화해 잠깐씩 엔진을 켤 때 유용하기 때문입니다. 하지만 사람을 태운 대형 우주선의 경우에는 산소와 수소, 혹은 메탄처럼 매우 높은 추력을 지닌 연료가 필요합니다.

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이 연료의 문제점은 장기 보관이 어렵다는 것입니다. 수소는 영하 253도에서 기화하고 산소는 영하 183도, 메탄은 영하 162도에서 기화합니다. 따라서 시간이 지나면 점점 기화하는데, 연료 탱크가 폭발하는 것을 막기 위해 일부는 기화해서 날려 보내는 시스템이 있는 경우가 대부분입니다. 그런데 이렇게 되면 단거리 임무는 큰 문제가 없어도 1-2년이 걸릴 수도 있는 장거리 임무에서는 연료 탱크가 텅 비어 버리는 문제가 생깁니다.

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아무리 단열을 잘해도 주변 우주가 온도가 더 높아 연료가 끓어버리는 문제는 피할 수 없기 때문에 해결책은 연료 자체를 변경하거나 아니면 연료를 계속 냉각시킬 수 있는 장치를 추가하는 것입니다. 나사의 냉각액 관리 포트폴리오 프로젝트 (Cryogenic Fluid Management Portfolio Project)는 이 기술을 개발하기 위한 프로젝트로 앨러바마주 헌츠빌에 있는 마셜 우주 비행 센터에서 테스트를 진행 중입니다.

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이 냉각 시스템은 영하 253도로 냉각되는 액체 헬륨과 이보다 더 따뜻한 영하 183도의 헬륨 층을 이용해 내부의 액체를 냉각 시스템으로 영구적으로 낮은 온도에서 보관하는 것으로 장거리 우주 여행에서도 연료를 잃지 않을 수 있습니다. 대신 그만큼 무게가 추가되고 에너지가 더 든다는 단점이 있어 이를 최소화하기 위한 방법도 함께 필요합니다.

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이런 점을 보면 확실히 행성간 유인 우주 비행은 쉽지 않은 도전이지만, 결국 언젠가는 인류가 돌파구를 찾아낼 것으로 믿습니다.

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참고

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https://newatlas.com/space/cryo-cooler-makes-crewed-mars-missions/

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https://www.nasa.gov/directorates/stmd/tech-demo-missions-program/cryogenic-fluid-management-cfm/stay-cool-nasa-tests-innovative-technique-for-super-cold-fuel-storage/

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