고전력 전기추력기 개발 첫 성공...인공위성·우주탐사선 추진에 활용

원자력硏 연구진

원자력연구원이 개발한 고전력 전기추력기 모습. /원자력연구원

국내 연구진이 인공위성과 우주탐사선의 비행과 자세조정에 사용되는 10㎾급 고전력 전기추력기를 개발했다.

채길병 한국원자력연구원 핵물리응용연구부 선임연구원 연구팀은 4년에 걸친 연구 끝에 10㎾급 고전력 전기추력기 개발에 성공했다고 15일 밝혔다.

전기추력기란 전기에너지를 이용해 연료를 가열, 가속한 뒤 노즐로 분사하여 추진력을 얻는 장치다. 전기추력기는 기존의 화학식 추력기에 비해 추진력은 낮지만 연비가 월등히 높다. 덕분에 연료 무게를 줄이고 탑재체 무게를 늘릴 수 있다는 장점이 있다.

연구팀은 영구자석 안에 양극, 음극 그리고 양극과 음극을 분리시키는 절연체로 고전력 전기추력기를 구성했다. 양극에서 음극으로 흐르는 전기는 알곤 가스를 플라즈마로 만든다. 지름 30㎝ 원통형 영구자석이 발생시킨 강력한 자기장은 플라즈마화 된 알곤 가스를 가속, 가열하게 되고 이것을 노즐로 분사하면 추진력이 발생한다.

연구팀은 열부하를 가장 많이 받는 부품인 양극을 구리로 제작해 내열성을 확보했고, 음극은 토륨-텅스텐 재질로 설계해 전류를 2시간 이상 지속적으로 공급하는데 성공했다.

우주기술 선진국의 10㎾급 전기추력기 추진력은 300~600mN(밀리뉴턴) 정도다. 1밀리뉴턴은 0.1g의 물체를 들어올리는 힘을 말한다. 원자력연구원이 이번에 개발한 전기추력기는 200mN 정도의 추진력이 발생했다.

전기추력기는 우주탐사선과 위성에 사용되고 있지만 국제무기거래규정에 따라 관련 기술이나 물자의 이전이 통제된다. 원자력연구원의 연구 성과가 국내 고전력 전기추력기 기술자립의 기반이 될 수 있다는 기대가 나오는 이유다.

주한규 원자력연구원 원장은 “이번 기술개발은 자체적으로 고전력 전기추력기를 개발할 수 있는 역량을 갖췄다는 데 의의가 있다”며 “향후 우주 기술 선진국과의 격차를 줄이고 우주에 한 걸음 더 나아갈 수 있는 계기가 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

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