美 우주선 엔진, 원자력으로 '승부수'…초고속 수송시대 연다[우주다방]

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원자력 열 로켓 엔진(Nuclear Thermal Rocket Engine)이 적용된 미래 화성 탐사 우주선 상상도. / 사진=미국항공우주국(NASA)

미국항공우주국(NASA)이 유인(有人) 화성 탐사를 위해 '원자력 열 로켓 엔진' 개발에 착수했다. 원자력 추진 기술은 현재 범용되는 화학 연료 로켓에 비해 최소 3배 이상 효율적이다. 결과적으로 원자력 추진 로켓을 활용하면 이동 시간이 빨라져 우주비행사 위험이 줄어드는 등 심(深)우주 탐사 경쟁력 제고가 가능해질 것으로 보인다.

NASA는 25일(현지시간) 국방고등연구계획국(DARPA)과 화성 탐사 임무를 수행할 수 있는 '원자력 열 로켓 엔진'을 공동 개발한다고 밝혔다. 이르면 2027년 우주에서 원자력 열 추진 기술이 적용된 우주선을 시연한다는 계획이다. 두 기관은 해당 임무에 대해 '지구와 달 사이에서 이뤄질 로켓의 고속 시연'(DARCO)이라고 명명했다.

DARPA는 국방부 산하 핵심 연구개발 조직 중 하나다. 국가 안보에 필요한 혁신기술에 대한 실용화 연구를 지원하고 실패 우려가 있더라도 파괴적 혁신을 일으킬 도전적 연구를 장려한다. DARPA 연구 과제를 통해 나온 기술이 바로 인터넷(아르파넷), GPS(글로벌위성항법체계), 전자레인지 등이다. NASA와 DARPA는 과거 인류를 달에 최초로 보낸 NASA의 새턴V 로켓 개발을 협력했다.

이번 협약에 따라 NASA 우주기술임무부(STMD)는 DARPA의 실험용 우주선과 통합할 원자력 열 엔진 기술을 개발한다. DARPA는 로켓 시스템 통합과 그 과정에서 필요한 업무 승인 등 전체 프로그램을 이끈다. 또 우주선 엔진의 전체 조립과 통합을 담당한다.

심우주 탐사에서 원자력 열 로켓 엔진을 사용하면 이동시간이 빨라져 우주비행사 위험이 줄어든다. 더 긴 여행에는 더 많은 보급품과 더 강력한 시스템이 필요하기 때문이다. 지구에서 달과 화성으로 가는 수송 기술이 발달하면 심우주 탐사에 유리할 수밖에 없는 것이다.

NASA에 따르면 원자력은 기존 화학 연료 로켓보다 최소 3배 이상 효율적이다. 로켓이나 우주선은 추진제(산화제·연료)를 통해 힘을 낸다. 원자력 추진 기술은 핵분열(Fission) 원자로에서 생성된 열을 액체 추진제로 전달하고 액체 추진제는 노즐을 통해 팽창·배출돼 우주선을 추진한다. 화학 연료보다 더 높은 전력을 통해 우주선의 추진력을 내는 것이다.

빌 넬슨 NASA 국장은 "새로운 기술의 도움으로 우주비행사는 심우주로 그 어느 때보다 더 빠르고 깊게 나아가고 돌아올 수 있다"며 "특히 화성으로의 유인 임무를 준비하는 이들에게 매우 중요한 능력이며 이는 인간을 화성에 보내려는 NASA의 목표를 추진하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.


스테파니 톰킨스 DARPA 국장은 "우주는 현대 상업, 과학적 발견, 국가 안보에 매우 중요하다"며 "원자력 열 로켓 엔진은 물질과 사람을 달·화성으로 효율적으로 운송하는 데 필수적일 것"이라고 말했다.

NASA를 비롯해 미국 에너지부(DOE)와 산업계는 우주 원자력 기술 개발에 속도를 내고 있다. 특히 달과 화성 표면에 설치할 수 있는 원자력 발전소 개념을 고안해냈다. DOE는 지난해 6월 10년 안에 달 표면에서 '핵분열 전력 시스템'을 실증할 3개 기업을 선정했다. 3개 기업은 록히드마틴, 웨스팅하우스, IX(인튜이티브 머신즈와 엑스에너지 합작기업) 등이다.

김찬수 한국원자력연구원 박사는 "우리나라도 한국항공우주연구원과 함께 원자력 추진 우주선 개념연구를 시작했다"며 "미국보다 규모는 작지만 심우주 탐사를 위한 원자력 추진 선행 기술이 앞으로 개발될 것"이라고 밝혔다.