"혹독한 극환환경도 끄떡없다!"..우주탐사시대 핵심 '원자력에너지'의 진화

- '원자력전지' 미·러 중심 우주탐사 활용, 극한환경에서도 안정적 에너지 공급
- 중국, 유럽도 원자력전지 개발 착수, 한국형달탐사 로버에도 적용 예정

한국형달탐사 궤도선과 착륙선, 탐사로버 운용 상상도.[한국항공우주연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 원자력은 우리나라와 같이 에너지자원이 부족한 국가에서는 전력생산에 큰 이점을 갖는 대표적 에너지원이다. 최근들어 정부의 탈(탈)원전 정책 추진에 따라 원자력 관련 산업은 크게 위축되고 있지만 원자력에너지의 효용성은 매우 크다. 병원에서 사용되는 의료용 방사성 동위원소 생산을 비롯, 반도체 공정 비파괴 검사, 방사선으로 재탄생한 식물자원 등 다방면에서 인류의 삶의 질 향상에 크게 기여하고 있다.

특히 최근들어 미국, 유럽, 일본 등을 중심으로 한 달과 화성 등 우주탐사에 필요한 핵심 에너지원으로서의 역할도 커지고 있다.

사실 원자력에너지는 이미 오래전부터 우주탐사 분야에 적용돼왔다. 지난 196년 미국의 항법위성 '트랜짓 4A'호에는 '방사성 동위원소 열전지 발전기(RGT)'라고 불리는 원자력전지가 탑재됐다. 이후 미 항공우주국(NASA)은 아폴로 프로그램을 필두로 목성 탐사선 '갈릴레오', 토성 탐사선 '카시니', 명왕성 탐사선 '호라이즌', 화성 탐사선 ‘큐리오시티’ 에 이르는 약 40여개의 우주탐사선에 RTG 원자력전지를 탑재했다.

러시아연방우주국(RSA)도 우주탐사와 군사적 목적으로 다수의 RGT를 제작해 사용해온 것으로 알려졌다. 이외에도 유럽우주기구(ESA)와 중국도 RTG 개발에 한창이다.

NASA 화성탐사 로버 '큐리오시티'.[NASA 제공]

원자력전지란 방사성동위원소가 붕괴하면서 방출하는 에너지를 전력으로 변환하는 기술을 말한다. 태양, 바람 등 외부동력원 없이도 자체적으로 전력을 생산해 심해, 극지 및 우주탐사, 원전비상전원, 국방용 전력으로 활용된다. 기존 리튬이온전지에 비해 에너지 밀도가 높고 오래 사용할 수 있으며 극한 환경에서도 안정적으로 에너지 공급이 가능하다는 것이 장점으로 꼽힌다.

원자력 전문가들은 많은 에너지원 가운데 원자력전지가 주목받고 있는 것에는 분명한 이유가 있다고 설명한다. 기존 태양전지는 햇빛이 비치지 않는 지역과 시간대가 있고 패널에 먼지가 쌓이면 전력생산효율이 떨어진다는 문제점으로 지적된다.

또 우주비행사들의 우주방사능 피폭을 최소화하기 위해서는 탐사선이 신속하게 목적지에 도달해야 하는데 기존 연료나 추진시스템으로는 원자력만큼 빠른 속도를 구현할 수 없다.

손광재 한국원자력연구원 박사는 “배터리는 중량대비 에너지 밀도가 낮고 수명도 짧아 우주탐사에서는 적용하기 어렵고 태양전지는 수명이 길지만 전력 생산량이 적어 대형 탐사선의 주에너지원으로는 적합하지 않다”고 설명했다.

실제 NASA가 개발한 다목적 RTG 1기를 이용하면 최소 14년 이상 약 110W의 전력과 2KW의 열에너지를 공급할 수 있다. 이 같은 점에서 현재 최소 10년 이상의 수명과 충분한 발전량, 안정적 전력공급을 가능케 할 에너지원은 원자력전지가 유일하다.

한국형발사체 누리호 비행 상상도.[한국항공우주연구원 제공]

국내에서도 한국형달탐사에 활용될 원자력전지 개발이 진행되고 있다. 한국형달탐사는 오는 2022년 하반기 달궤도선 발사가 성공되면 이후 2030년 내 달에 착륙선을 보내는 것이 목표다. 원자력전지는 달탐사 로버에 적용을 위해 기술고도화 및 안정성을 제고를 위한 연구개발에 나서고 있다.

항공우주 전문가들은 향후 원자력전지가 심우주탐사선, 탐사로버, 달 기지 및 화성 등 미래 외계행성 기지의 핵심동력원으로 중요한 역할을 담당해 나갈 것으로 예측하고 있다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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