화성 탐사 위해…인류 최초 ‘핵열추진 로켓’ 가능할까? [고든 정의 TECH+]

[서울신문 나우뉴스]

NASA와 DARPA의 협력 프로젝트인 드라코 핵열추진 로켓. 사진=DARPA

미 항공우주국(NASA)은 달에 인류를 다시 착륙시킬 뿐 아니라 영구적인 달 기지를 건설하기 위해 여러 나라 및 기업들과 협력해 아르테미스 프로젝트를 추진하고 있습니다. 이 프로젝트의 핵심은 역사상 가장 강력한 로켓인 SLS입니다. SLS는 100톤이 넘는 우주선을 지구 주변 궤도에 올릴 수 있을 만큼 강력합니다.

하지만 이렇게 강력한 로켓을 사용해도 지구와 화성을 왕복할 수 있는 대형 유인 우주선을 한 번에 발사하기는 어렵습니다. 화성은 달과는 비교할 수 없을 만큼 멀리 떨어져 있어 몇 년간의 유인 우주 비행에 필요한 물품을 확보해야 합니다. 당연히 우주선 크기가 엄청나게 커질 수밖에 없어 난이도 면에서 달 탐사와 비교할 수 없습니다.

따라서 NASA는 오래전부터 연료를 엄청나게 소모하고 속도도 느린 재래식 로켓을 대신할 원자력 로켓 연구를 진행했습니다. 하지만 1955년에서 1972년 사이 진행된 초창기 핵추진 로켓들은 폭발 시 방사선 누출 위험과 막대한 비용 문제로 모두 취소되고 말았습니다.

한동안 잊혀졌던 원자력 로켓은 NASA가 달과 화성에 인류를 보내는 일에 다시 도전하면서 부활했습니다. 다만 이번에는 지구에서 우주로 나가는 로켓이 아니라 SLS 같은 재래식 로켓으로 지구를 벗어난 후 우주에서 가동해 화성까지 가는 시간과 비용을 단축하는 것으로 변경됐습니다. 물론 방사선 유출 위험을 피하기 위한 것이지만, 이렇게만 해도 상당한 시간과 연료를 절약할 수 있습니다.

NASA가 오랜 세월 연구한 핵열추진(Nuclear Thermal Propulsion (NTP)) 로켓 엔진의 원리는 간단합니다. 섭씨 수천 도의 고열을 내는 원자로 사이로 연료 물질을 흘려보낸 후 이를 높은 압력으로 분사하는 것입니다. 이론적으로는 아주 간단하지만, 실제 우주에서 안정적으로 작동하는 엔진을 만드는 것은 만만치 않은 과제였습니다. 특히 안전성에 대한 확실한 담보가 필요합니다.

2010년대에 NASA가 구상한 핵열추진 화성 우주선인 코페르니쿠스는 화성까지 가는 시간과 연료를 크게 절감할 수 있는 대안으로 주목받았으나 결국 개발에는 실패했습니다. 이후 NASA는 실제 우주선 개발보다 안전하고 효율이 높은 핵열추진 엔진 개발을 위한 기초 연구에 주력했습니다.

그런데 공교롭게도 비슷한 시기에 미국 정부 내 다른 기관도 핵열추진 로켓의 가능성에 주목하고 관련 연구를 진행했습니다. 바로 미국 국방 고등 연구 계획국(DARPA)입니다. DARPA가 추진하는 원자력 로켓 엔진 개발 프로젝트인 드라코(Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations, DRACO) 역시 핵열추진 엔진 기술을 사용합니다. 하지만 사업 추진은 새로 뛰어든 DARPA가 더 빨라 2020년 대 중반 이후 실증 로켓을 우주에서 테스트하기 위한 사업자를 선정하고 본격 개발에 돌입했습니다.

DARPA는 국가 안보상의 이유로 원자력 로켓 기술에 주목한 것이긴 하지만, NASA와 조율 없이 사업을 진행할 경우 미국 내 두 주요 정부 기관이 비슷한 사업에 중복 투자했다는 비판을 피할 수 없는 상황입니다. 이제 와서 개발 프로젝트를 갑자기 중단할 순 없는 만큼 두 기관이 서로 협력하는 것이 현 시점에서 가장 합리적인 해결책일 것입니다.

결국 NASA와 DARPA는 사상 최초의 핵열추진 로켓 실증 프로젝트에서 서로 협력한다고 발표했습니다. 드라코 프로젝트에 NASA의 기술 개발 부서인 STMD(Space Technology Mission Directorate)의 열핵추진 엔진 기술을 통합하는 방식입니다. 계획이 순조롭게 진행될 경우 인류 최초의 핵열추진 로켓이 우주를 비행하는 것은 2027년 이후가 될 것입니다.

물론 안전성이나 비용 문제가 생길 경우 이번에도 프로젝트가 좌초할 가능성은 여전히 남아 있습니다. 그러나 재래식 로켓만 고집할 경우 인류를 화성이나 그보다 더 먼 곳까지 보내기 위해 너무 많은 비용과 시간이 들어가는 만큼 안전하고 성능이 우수한 핵열추진 로켓은 NASA에는 선택이 아닌 필수입니다. 드라코가 과연 이 목표를 달성하는 데 결정적인 역할을 할 수 있을지 주목됩니다.

 

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com