대형위성·심우주 탐사 쉬워진다

한국원자력연구원은 채길병 박사 연구팀이 원자력 전기추진과 대형위성, 심우주 탐사 등에 활용할 수 있는 '10㎾급 고전력 전기추력기'를 개발했다고 15일 밝혔다.

전기추력기는 전기에너지를 이용해 연료를 가열·가속한 뒤 노즐로 분사해 추진력을 얻는 장치다. 연료의 화학작용으로 발생하는 고온·고압의 열로 추진력을 얻는 기존 화학식 추력기에 비해 추진력은 낮지만 연비가 월등히 높다. 덕분에 연료 무게를 줄이고 탑재체 무게를 늘릴 수 있는 장점이 있다.

연구팀이 개발한 고전력 전기추력기는 영구자석 안에 양극, 음극, 양극과 음극을 분리시키는 절연체로 구성됐다. 지름 30㎝ 원통형 영구자석이 발생시킨 강력한 자기장이 플라즈마화된 아르곤 가스를 가속·가열시켜 노즐로 분사해 추진력을 얻는 방식이다. 연구팀은 열부하를 가장 많이 받는 양극을 구리로 제작해 내열성을 확보했다. 음극은 토륨-텅스텐 재질로 설계해 전류를 2시간 이상 공급하는 데 성공했다. 플라즈마 성능을 최대화하면서 안정화할 수 있도록 절연체는 알루미나(산화알루미늄)로 만들었다. 특히 기존 화학식 추력기에 비해 4배 이상 연비가 높아 유·무인 우주선과 대형 정지궤도 위성 등에 활용할 수 있다.

연구팀은 극저온, 진공의 우주환경과 유사한 조건을 진공챔버에 구축하고, 200mN(밀리뉴턴, 1밀리뉴턴=0.1g의 물체를 들어 올리는 힘)의 추진력을 발생시키는 것을 확인했다. 앞으로 10㎾ 이상의 고전력 전기추력기를 개발해 대형 진공챔버에서 성능을 검증할 계획이다.채길병 원자력연 박사는 "우주기술 선진국은 현재 10∼100㎾ 고전력 전기추력기 기술을 확보하고 있지만, 국제무기거래규정에 따라 관련 기술이나 이전을 통제받고 있다"며 "앞으로 우주 기술 선진국과 격차를 줄이고 우주에 한 걸음 다가서는 계기가 될 것"이라고 말했다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr