원자력은 우주 탐사의 핵심인가?

[이매진]

원자력은 우주 탐사의 핵심인가?

https://www.aljazeera.com/economy/2024/2/29/is-nuclear-power-the-key-to-space-exploration

Is nuclear power the key to space exploration?

오랫동안 논란의 여지가 있는 에너지원이었던 원자력은 우주 분야의 르네상스를 맞이하고 있습니다.

지금까지 핵반응은 주로 우주선에 전기를 공급하는 데 사용되었지만 연구자들은 이러한 반응을 사용하여 우주선을 추진하기를 원합니다. [파일: Martin Meissner/AP 사진]

 톰 카소 워스

게시일: 2024년 2월 29일2024년 2월 29일

원자력은 지구와 우주에서 르네상스를 경험하고 있습니다. 달 기지든 우주 탐험이든 핵은 현재의 경계를 뛰어넘는 열쇠가 될 수 있습니다.

2012년 8월 25일, 외로운 우주 탐사선 보이저 1호가 성간 우주로 향하는 문턱을 넘어섰습니다. 당시 그것은 태양으로부터 180억km(1100만 마일) 떨어져 있었으며, 이는 우리 태양계의 모든 행성보다 훨씬 먼 거리였습니다.

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보이저 1호는 1977년에 발사되었습니다. 거의 50년이 지난 지금도 보이저 1호는 계속해서 정보를 보내며 우주 깊숙이 침투하고 있습니다. 원자력 에너지로 구동되기 때문에 그렇게 할 수 있습니다.

오랫동안 논란의 여지가 있는 에너지원인 원자력은 기후 변화에 맞서 싸우는 데 힘을 실어주기 위해 지구상에서 새로운 관심을 받고 있습니다. 그러나 그 이면에서 원자력은 우주에서도 르네상스를 맞이하고 있습니다.

지난 7월 미국 항공우주국(NASA)과 국방고등연구계획국(DARPA)은 2025년이나 2026년까지 핵추진 우주선을 발사할 계획이라고 공동 발표했다. 유럽우주국(ESA)도 자금을 지원하고 있다. 우주탐사를 위한 핵엔진의 활용에 관한 다양한 연구. 그리고 작년에 NASA는 미래의 달 기지에 전력을 공급할 원자로 개념을 개발하기 위해 Westinghouse와 계약을 체결했습니다.

“현재 우주 응용을 위한 핵에 많은 관심이 있습니다.”라고 레스터 대학의 우주선 공학 프로그램 디렉터인 Ramy Mesalam 박사는 말했습니다. “우리가 태양계와 그 너머를 더 깊이 탐구할수록 핵은 더욱 매력적이게 될 것입니다.”

달의 밤

이 새로운 붐의 참가자 중 한 명은 2018년에 설립된 미국 스타트업인 Zeno Power입니다. 그들이 이끄는 팀은 최근 NASA에서 달 표면에 사용할 소위 방사성 동위원소 원자력 발전 시스템을 개발하기 위해 1,500만 달러의 상금을 받았습니다. 이러한 작고 가벼운 원자력 발전 시스템은 우주에서 오랫동안 사용되어 왔으며 잠재적으로 핵 폐기물을 사용하여 스스로 전력을 공급할 수 있습니다.

NASA와 유럽 우주국(ESA)과 같은 국제 파트너는 10년이 끝나기 전에 달 기지를 건설하고 운영하기를 원합니다. 이 기지는 전력과 열 공급을 위해 부분적으로 원자로를 사용할 가능성이 높습니다.

DARPA를 위해 록히드 마틴이 개발 중이며 열핵 엔진 기술을 시연할 DRACO 우주선 그림 [Lockheed Martin/Business Wire/AP 사진]

달 표면의 가혹한 조건 때문에 원자력은 달에서의 사용에 특히 매력적입니다. 어둠은 장기간의 임무에서 특히 중요한 문제입니다. Zeno Power의 공동 창립자이자 CEO인 Tyler Bernstein은 "달의 밤은 지구 기준으로 14일 동안 지속됩니다"라고 말했습니다. “크레이터처럼 영구적으로 그림자가 드리워진 지역도 있습니다. 어둠 속에서는 태양 에너지를 생산하는 것이 불가능하며 일부 지역의 온도는 섭씨 영하 200도를 넘을 수 있습니다.”

번스타인은 2025년까지 최초의 원자로를 준비할 수 있기를 바라고 있습니다.

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핵폭발

그러나 우주여행은 본질적으로 위험한 일이며, 특히 핵물질이 탑재된 경우에는 더욱 그렇습니다. 우주로 향하는 로켓은 정기적으로 폭발하여 핵 잔해를 우주나 심지어 지구 전체에 퍼뜨릴 가능성이 있습니다. 이는 헌츠빌에 있는 앨라배마 대학의 데일 토마스(Dale Thomas) 교수가 직면하고 있는 냉철한 현실입니다.

그는 원자력 추진 장치를 연구하고 있습니다. 화학반응을 통해 로켓에 동력을 공급하는 대신, 우리는 핵반응을 통해 로켓에 동력을 공급할 것입니다.

지금까지 우리는 우주선에 전기를 공급하기 위해 주로 핵반응을 사용해왔지만 토마스와 같은 연구자들은 이러한 반응을 사용하여 우주선을 추진하기를 원합니다.

이는 우리를 더 멀리 우주로 밀어 넣을 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있지만 로켓 엔진을 테스트하는 방식을 검토하게 만듭니다. 일반적으로 이러한 엔진은 지상에서 테스트되며, 때때로 폭발하거나 고장이 발생합니다. 이를 통해 엔지니어는 설계를 개선하는 데 필요한 주요 정보를 얻을 수 있습니다. 그러나 이러한 테스트 및 수정 모델은 핵 추진에 적용되어야 합니다.

토마스는 알자지라에 “원자력 엔진이 시험대에서 실패하는 것은 좋은 생각이 아니다”라고 말했다. "그것의 실패 모드는 화학적 추진의 실패 모드보다 훨씬 더 치명적입니다."

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즉, 원자력 엔진을 구축하려면 연구자들이 더욱 주의를 기울여야 하며, 실패가 발생하지 않도록 해야 합니다. 이는 결국 개발 속도를 늦춥니다.

우주선과 달 기지에 전력을 공급하기 위해 원자로를 우주로 보내는 경우에도 비슷한 상황이 존재합니다. 그렇게 하기 전에, 높은 안전 기준을 충족해야 하고 심지어 폭발에도 견딜 준비가 되어 있어야 합니다. 다행히도 우리는 이를 수행하는 방법을 알아냈습니다. 최초의 원자로는 1965년 초에 우주로 발사되었습니다.

Mesalam은 “안전 측면은 어려운 문제입니다.”라고 말했습니다. “그것은 항상 원자력 발전 시스템 설계의 핵심입니다. 하지만 좋은 소식은 우리가 이 일을 안전하게 수행하는 데 거의 60년의 경험을 가지고 있다는 것입니다.”

행성 간 종

미래에는 우주선이 핵엔진으로 구동될 수도 있다. 우리는 아마도 화학 엔진을 사용하여 그들을 지구 주위의 궤도로 추진한 다음 핵 추진력을 켜서 우리 행성을 훨씬 넘어서는 임무를 수행하도록 할 것입니다.

토마스는 “화학적 추진력으로 우리를 지구에서 벗어나 달까지 갈 수 있다”고 말했습니다. “하지만 화성과 그 너머로 가면 한계에 부딪히게 됩니다. 원자 추진력은 그 장벽을 뛰어넘는 열쇠가 될 것입니다.”

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게다가 핵 추진은 우주를 탐험하는 다양한 방법을 열어줄 것입니다. 오늘날 화성과 그 너머의 행성과 같은 곳으로의 비행은 시간 창에 의해 제한됩니다. NASA와 같은 우주 조직에서는 연료를 절약하기 위해 행성의 중력장에서 우주선을 발사하는 복잡한 궤적을 계산합니다. 더 높은 용량과 더 강력한 핵 엔진을 사용할 수 있다면 이는 그렇게 높은 우선 순위가 아니므로 이러한 우주선을 발사할 때 더 많은 유연성을 제공할 것입니다.

토마스는 “페라리는 더 강력한 엔진을 갖고 있기 때문에 폭스바겐보다 더 빨리 갈 것”이라고 말했다. "이것이 핵 추진과 화학적 추진의 관계입니다."

그러나 핵 추진력을 얻으려면 시간이 좀 필요할 수 있습니다. 토마스는 이 우주선이 아마도 2030년쯤에 실제로 이륙할 것이라고 주장합니다.

하지만 일단 확보하면 게임 체인저가 될 수 있습니다. 번스타인은 “원자력과 추진력은 인류를 화성과 그 너머로 데려가는 데 거대한 기반 기술이 될 것”이라고 말했다. “인류를 행성 간 종으로 만드는 열쇠가 될 것입니다.”

출처 : 알자지라