그래핀에 레이저 쐈더니 ‘가속’…무연료 우주선 가능할까 [우주로 간다]

무중력 상태서 그래핀 소재에 레이저 쏴 물체 추진 확인

추진제 없이 우주선을 움직일 수 있는 혁신 기술이 개발돼 주목받고 있다.

IT매체 기즈모도는 유럽우주국(ESA)이 그래핀 소재를 활용해 별도의 추진체 없이 물체를 이동시키는 기술을 개발했다고 최근 보도했다. 해당 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 게재됐다.

그래핀은 흑연에서 추출한 순수 탄소 기반의 2차원 물질로, 가볍고 유연하면서도 높은 강도를 지닌 것이 특징이다. 다양한 산업 분야에서 차세대 소재로 주목받고 있다.

무중력 상태서 레이저만으로 추진

진공 챔버 내부에서 연속 레이저 빔을 그래핀 에어로젤로 만들어진 작은 정육면체 세 개에 조사하자, 정육면체들이 앞으로 나아갔다. (영상=ESA Extras 유튜브)

이번 연구에서 ESA는 그래핀이 우주 환경에서 어떻게 작용하는지 확인하기 위해 무중력 상태에서 실험을 진행했다. 연구진은 그래핀 시트를 기반으로 한 3차원 구조의 ‘그래핀 에어로젤’을 제작한 뒤, 진공 상태에서 레이저를 조사했다.

그 결과 그래핀 에어로젤로 만든 작은 정육면체들이 레이저 빛에 의해 앞으로 추진되는 현상이 확인됐다. 마르코 브라이반티 ESA 프로젝트 과학자는 “반응은 매우 빠르고 강력했으며, 30밀리초 만에 큰 가속도가 발생했다”고 설명했다.

실험에서는 전기 전도성이 높은 그래핀과 다공성 구조의 에어로젤 특성을 결합해 초경량 소재를 구현했다. 연구진은 진공 챔버 내부에 배치한 그래핀 에어로젤에 레이저를 조사했고, 그 움직임을 고속 카메라로 촬영했다. 실험 결과 레이저의 강도를 높일수록 추진력과 가속도가 증가하는 것으로 나타났다.

다만 이 기술은 지구 환경에서는 거의 작동하지 않았다. 중력이 존재하는 환경에서는 에어로젤의 추진 효과가 미미했으며, 미세중력 상태가 핵심 조건으로 작용하는 것으로 분석됐다.

향후 태양 돛이나 소형 인공위성에 적용 가능

연구진은 이번 기술이 향후 다양한 우주 산업에 활용될 가능성이 있다고 평가했다. 특히 태양광 압력을 이용해 움직이는 ‘태양 돛’ 형태의 무추진 우주선이나 소형 인공위성의 자세 제어 기술 등에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

우고 라퐁 ESA 재료 물리·화학 엔지니어는 “이번 연구는 추진제 없는 우주 추진 기술의 새로운 가능성을 제시한다”며 “초경량 그래핀 에어로젤은 향후 우주 임무에서 연료와 장비를 크게 줄일 수 있는 잠재력을 지니고 있다”고 성명을 통해 밝혔다.