엔진 본체 스스로 해체하는 로켓 개발…"우주쓰레기 줄여"

영국 글래스고대

연구팀이 매크리하니시 공군기지에서 실험한 우로보로스-3 엔진. 글래스고대 제공

임무를 마친 뒤 지구로 회수되지 못한 채 우주 공간을 떠도는 로켓·위성 부품 등 '우주쓰레기' 해결 방안이 우주개발에서 중요한 화두로 떠오르고 있다. 최근 미국항공우주학회 사이테크 포럼에서는 스스로 몸체를 먹어치워 우주쓰레기를 남기지 않은 로켓 엔진이 공개됐다.  

영국 글래스고대 과학·공학컬리지 연구팀은 10일(현지시간) 미국 플로리다주 올랜도에서 열린 미국항공우주학회(AIAA) 사이테크 포럼에서 '자가포식(Autophage)'하는 하이브리드 로켓 추진시스템 '우로보로스-3(Ouroborous-3)'을 소개했다. 

생물학에서 주로 사용되는 용어인 '자가포식(오토파지)'은 '스스로 먹는다'는 뜻의 그리스어에서 왔다. 세포 내에서 불필요하거나 고장난 소기관을 세포가 스스로 분해시키는 메커니즘이다. 연구팀은 자가포식 메커니즘을 공학에 적용해 비행중 스스로 동체를 분해하고 분해된 조각을 다시 동력으로 사용하는 '자가포식 로켓 엔진'을 개발했다.

자가포식 로켓 엔진이라는 개념은 1938년에 구상돼 특허까지 출원된 바 있다. 하지만 엔진 통제력을 높여 상용화 가능성을 높인 건 글래스고대 연구팀이 우크라이나 드니프로국립대와의 공동연구를 통해 2018년 개발한 로켓 엔진이 처음이다. 

글래스고대 연구팀은 이번 연구를 통해 기존 로켓 엔진에 더 강력한 액체 추진체를 적용할 가능성을 추가로 입증했다. 또 플라스틱으로 동체를 녹여 엔진으로 활용할 방법을 보다 구체화했다. 연구팀은 "자가포식 엔진을 실제 상용화하는 데 필수적인 단계"라고 설명했다.

우로보로스-3 로켓 엔진은 고밀도 폴리에틸렌 플라스틱으로 이뤄진 본체를 연료로 사용한다. 로켓의 주 추진체는 기체형 산소와 메테인계 탄화수소인 프로판(프로페인) 혼합물이다. 혼합물이 연소되면서 발생하는 폐열을 이용해 동체를 점점 녹이는 방식이다. 녹은 플라스틱은 다시 추가 연료로 공급되어 액체 프로판 혼합물과 함께 연소된다. 

연구팀이 스코틀랜드 매크리하니시 공군기지에서 우로보로스-3 엔진을 작동해 성능을 실험한 결과 녹은 플라스틱 동체만으로 전체 연료의 5분의 1에 해당하는 양을 공급할 수 있는 것으로 나타났다. 이렇게 작동된 로켓 엔진은 약 100t(톤)에 이르는 추력을 생산했다. 

연구팀은 "로켓 엔진은 스스로 소모돼 사라지기 때문에 우주쓰레기를 줄이는 데 도움이 될 것"이라고 설명했다. 또 동체 자체를 추진력으로 활용할 수 있기 때문에 로켓 엔진의 질량을 줄일 수 있다는 설명이다. 연구팀은 엔진 무게를 줄인 대신 로켓에 다른 탑재체를 더 실을 수 있을 것이라고 설명했다.

연구팀은 "스스로 먹는 로켓엔진이 차세대 로켓엔진이 될 수 있다고 본다"며 "상용화까지 아직은 도전해야할 기술 영역이 산재해있지만 엔진을 실험적으로 구현하게 됐다는 데 의의가 있다"고 밝혔다.    

[박건희 기자 wissen@donga.com]