"2045년 국내 개발 원자력 추진 우주선으로 화성 탐사"

한국항공우주학회·한국추진공학회·한국원자력학회 6번째 워크숍

화성 탐사용 원자력 우주추진 워크샵이 30일 서울 삼정호텔에서 열렸다. 박건희 기자

"이젠 '지구 중심' 우주에서 '지구 바깥' 우주로 확장됐습니다. 행성 간 이동 우주선이 필요한 시점입니다." 

2045년 화성 탐사선 발사를 목표로 하는 '화성 탐사용 원자력 워크샵'에서 양수석 한국항공우주연구원(항우연) 항공추진연구부 책임연구원은 원자력 추진 우주선 개발의 필요성을 강조했다. 30일 서울 강남에서 열린 이번 워크샵에는 한국항공우주학회, 한국추진공학회, 한국원자력학회 소속 국내 항공우주·원자력 전문가가 한데 모였다. 원자력 우주선 개발을 위한 6번째 워크숍이다.

원자력 추진 우주선은 원자력을 동력원으로 사용하는 우주선이다. 달 탐사를 넘어 화성으로 사람을 보내는 데 필수적인 차세대 우주 개발 과제로 꼽힌다. 미국항공우주국(NASA)과 미국방위고등연구계획국(DARPA)은 이미 지난 7월 원자력 추진 우주 로켓 개발 프로젝트 '드라코(DRACO)'에 본격 착수했다. 중국은 2022년 1메가와트(MW)급 우주 원자로의 성능 평가까지 마친 상태다.

항우연은 '미래 혁신기술 융합연구' 과제 중 하나로 원자력 추진 우주선을 선정해 현재 개념연구를 진행하고 있다. 2026년 개념연구를 마치면 2027년 랩(Lab) 성능시험을 시작하고 구성품 성능시험과 시스템 성능시험을 2039년까지 진행한다. 이후 본격적인 화성 탐사선 개발에 착수한다는 계획이다. 

원자력 우주선의 가장 큰 장점은 적은 에너지양으로 최대한의 효율을 뽑아낼 수 있다는 것이다. 연구팀의 개념연구에 따르면 원자력 우주선은 높은 추진력을 통해 화성까지 이르는 시간을 현재보다 2~3개월 단축할 수 있다.

화성 탐사에 필요한 장비의 무게(페이로드)를 최대한 늘리기 위해선 연료 무게를 줄여야한다. 반면 장기적인 이동을 하려면 다량의 연료가 필요하다. 우주 공간에서의 핵분열을 통해 막대한 에너지를 생산하자는 것이 원자력 우주 추진 기술 개발의 요지다. 원자로를 발사체에 싣고 지구 저궤도에 도착한 뒤, 그곳에서 핵분열을 시작해 효율이 높은 에너지원을 생산한다. 이 에너지를 사용해 화성까지 이동하고 탐사를 진행한 뒤 지구로 돌아온다는 계획이다. 

연구팀은 원자력 우주선에 쓰일 핵연료 기술 개발도 시급하다고 말한다. 김응선 한국원자력연구원 차세대핵연료기술개발부 책임연구원은 이날 발표에서 "핵연료는 우주 원자력 시스템 개발의 위험도를 좌우하는 핵심 요소"라며 "개발과 성능 검증에 시간이 오래 소요되는데다 수입도 어려운 핵연료 특성상 우주 원자력 시스템 개발과 병행되거나 선행돼야 한다"라고 밝혔다. 

핵연료는 원자로에서 핵분열을 일으키기 위해 연료로 사용되는 물질이다. 우주용 원자로 개발을 위해선 높은 우라늄 장전량, 낮은 중성자 흡수 단면적 등의 조건을 만족하는 핵연료가 필수다. 

이유호 서울대 원자핵공학과 교수는 "한국형 우주추진 핵연료를 개발해야 한다"라고 강조했다. 해외 개발 기술이나 연료 수입에 의존하는 덴 한계가 있다는 설명이다. 그는 "지금까지 쌓아온 연구를 활용한다면 우주 핵연료 기술 개발은 한국이 전략적으로 잘 해낼 수 있는 분야"라고 말했다.

연구팀의 목표는 2045년까지 국내 연구진이 독자적으로 임무수행이 가능하며, 활용도가 높은 화성행 원자력 우주선을 완성하는 것이다. 무게 약 10톤(t) 무인 우주선으로 화성까지의 편도 여정을 설계 중이다. 양 책임연구원은 "달은 화성으로 가는 경유지"라며 "현재 계획대로 2045년까지 연구를 수행한다면 우주 개발 선진국 대열에 설 수 있을 뿐만 아니라 더 뛰어난 성과를 보일 수도 있을 것"라고 말했다. 

[박건희 기자 wissen@donga.com]