[와우! 과학] 화성까지 3달…현 기술보다 2배 빠른 NASA 우주선용 ‘핵 엔진’

미국의 한 원자력 기술기업이 앞으로 인류가 이웃 행성인 화성으로 가는 우주여행 기간을 3개월까지 줄일 수 있는 원자력 엔진 개념을 고안했다고 미주간지 뉴스위크가 26일(현지시간) 전했다.

보도에 따르면, 시애틀에 본사를 둔 울트라세이프뉴클리어 테크놀로지스(이하 울트라세이프뉴클리어)라는 이름의 기업은 우주 진출을 위한 핵열추진(NTP) 엔진체계에 관한 연구의 일부분으로 미국항공우주국(NASA) 측에 설계 개념을 전했다고 밝혔다.

NTP 엔진체계는 이른바 핵분열로 알려진 원자의 분열 과정에 의해 작동한다. 이 엔진체계는 원자들이 쪼개져 열을 발생하는 원자로심(노심)을 통해 액체 추진제를 펌프질해 작동하게 하는 경향이 있다. 이 과정은 추진제를 가열해 기체로 바꿔 밀쳐 나가는 힘인 추력을 일으킨다.

NTP 엔진체계는 또 기존 화학 로켓보다 많은 추력을 제공하며 효율도 높다. 기술자들은 서로 다른 추진 체계의 성능을 평가하기 위해 비추력량을 계산한다. 비추력은 로켓 추진체의 성능을 나타내는 기준이 되는 값으로, 추진제 1㎏을 1초간 연소했을 때의 추력을 말한다. 즉 비추력량이 클수록 좋다는 것.

울트라세이프뉴클리어의 수석기술자 마이클 에아데스 박사는 이날 성명에서 “우리의 새로운 개념은 기존 NTP 엔진 설계보다 신뢰성이 높았으며 비추력량은 화학 로켓보다 2배 이상 많다”면서 “우리는 우주의 새로운 개척지를 열기 위한 노력을 주도하고 그것을 빠르고 안전하게 이루길 원한다”고 말했다.

NTP 엔진체계는 비록 로켓을 궤도까지 보내도록 설계되지 않았고 발사 이후에만 사용할 것이지만, 우주에서의 이동 시간을 크게 줄여 오늘날 가장 발전한 화학 로켓보다 무거운 탑재물을 운반할 것으로 기대된다. 이런 엔진은 예를 들어 현재 화성까지 가는 데 걸리는 예상 시간인 약 7개월을 절반 이상 줄일 수 있다. 이는 달은 물론 화성까지 유인 임무를 계획하고 있는 NASA에 좋은 소식인 것이다.

울트라세이프뉴클리어는 이번에 고안한 새로운 개념은 육지에서 에너지를 공급하기 위해 사용하는 원자로의 설계 측면을 포함한다고 밝혔다.

파올로 벤네리 울트라세이프뉴클리어 최고경영자(CEO)는 성명에서 “우리 설계의 핵심은 지상 원자로 기술과 우주 원자로 기술 사이의 의도적인 중복”이라면서 “이는 우리가 지상 원자력 체계로부터의 핵기술과 기반 시설의 발전을 이용해 이를 우주 원자로에 적용할 수 있게 한다”고 말했다.

관련 사례 중 하나로 개념에는 원자로에 동력을 공급하기 위해 사용하는 핵연료가 있는데 이를 전세라믹미세입자핵연료(FCM·Fully Ceramic Microencapsulated)이라고 한다. FCM 핵연료는 실제로 민간 원자로에서 나오는 재처리 물질인 고순도 저농축 우라늄(HALEU·High-Assay Low Enriched Uranium)에 기반을 둔다. 이 회사는 FCM 연료를 탄화지르코늄의 코팅 조각으로 감쌀 것을 제안하면서 이 연료는 기존 핵연료보다 견고하며 고온에서 작동할 수 있어 더욱더 안전한 엔진 개념을 만들 수 있다고 설명했다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr