핵열 추진 로켓, 화성 여행 시간 절반으로 줄인다 [우주로 간다]

오하이오주립대 연구진, 원심력식 핵 열 로켓(CNTR) 기술 개발

화성 도달 시간을 절반 수준으로 줄일 수 있는 핵열 로켓 개발 작업이 진행되고 있다. 

미국 오하이오 주립대학 연구진이 액체 우라늄을 활용해 로켓 엔진에 동력을 공급하는 새로운 기술을 개발 중이라고 IT매체 기즈모도가 14일(현지시간) 보도했다.

이 기술은 기존 방식보다 더 빠르고 효율적인 핵 추진 시스템으로, 1년 안에 화성을 왕복할 수도 있을 것이라고 외신들이 전했다. 

화성의 모습 (사진=NASA / JPL-칼텍/ USGS)

현재 미국 항공우주국(NASA)과 민간 파트너사들은 달과 화성을 중심으로 인류가 상주할 수 있는 우주 공간 확보에 주력하고 있다. 

이에 따라 우주 여행의 미래는 더 멀리, 더 빠르게 우주선을 보낼 수 있는 차세대 로켓 엔진 개발에 달려 있으다. 그 중에서도 핵열 추진 로켓 기술은 가장 유망한 후보로 꼽힌다. 이 기술은 더 무거운 탑재물을 탑재하면서도 비행 시간을 크게 단축하는 것을 목표로 한다.

더 빠르고 효율적인 CNTR

핵 추진은 원자로에서 발생한 열로, 액체 추진제를 고온으로 가열해 가스로 만들고, 이를 분사해 추력을 발생시킨다. 새롭게 개발된 엔진 개념 ‘원심력식 핵열 로켓(the centrifugal nuclear thermal rocket, CNTR)’은 기존과 달리 액체 우라늄을 사용해 추진제를 가열한다.

최근 국제 학술지 ‘악타 아스트로노티카(Acta Astronautica)에 발표된 논문에 따르면, 이 엔진은 기존의 화학 로켓은 물론 다른 핵 추진 엔진보다 더 높은 효율을 보장한다.

핵열 추진을 이용한 우주선의 그림 (출처=NASA)

만약, CNTR 기술이 성공적으로 입증된다면, 미래 우주선은 더 적은 연료로 더 멀리 이동할 수 있게 된다. 기존 화학 로켓 엔진은 주어진 추진제로 약 450초 동안 추력을 내지만, 핵 추진 엔진은 약 900초 수준까지 도달할 수 있다. CNTR은 이 수치를 훨씬 더 높일 수 있을 것으로 기대된다.

오하이오 주립대학 박사과정이자 CNTR 시제품 책임자 스펜서 크리스천은 "기존 방식대로라면 1년 걸리는 화성에 6개월 만에 갈 수 있다"며, "CNTR 시제품 엔진이 얼마나 잘 작동하는지에 따라 이 엔진은 우리를 우주 탐사의 미래로 한 걸음 더 나아가게 할 것”이라고 밝혔다.

다양한 원료 활용 가능성도

CNTR은 속도 향상 뿐 아니라 암모니아, 메탄, 하이드라진, 프로판과 같이 소행성이나 우주에서 직접 확보할 수 있는 추진체를 사용할 수 있다는 장점도 있다.

하지만, 이 개념은 아직 초기 단계로 화성 탐사 임무를 수행하기까지는 CNTR은 몇 가지 공학적 과제가 남아 있다. 현재 엔지니어들은 엔진 시동, 정지, 작동 과정에서 불안정성을 줄이고 동시에 액체 우라늄 손실을 최소화하는 방법을 연구 중이다.

오하이오 주립대 기계항공우주공학과 부교수이자 CNTR 프로젝트 수석 연구원 딘 왕은 "설계의 물리적 원리에 대해서는 잘 이해하고 있으나, 여전히 극복해야 할 기술적 과제들이 있다"라며, "향후 우주 핵 추진 기술을 지속적인 우선순위로 삼아야 기술이 성숙될 시간을 가질 수 있다"고 강조했다.