"K-원자력전지로 우주탐사 머지 않았다"…우주서 장기 성능 `정상 작동`

원자력연, 누리호 성능검증위성 탑재해 성능 검증
출력감소 없이 전력 생산 확인..우주방사선 계측 가능

한국원자력연구원은 자체 개발한 10와트급 소형 원자력전지가 누리호 성능검증위성에 탑재된 이후 1년 6개월 동안 지구 저궤도에서 안정적으로 전력을 생산하는 실증에 성공했다. 사진은 원자력연이 개발한 원자력전지 모습.

원자력연이 개발한 원자력전지의 열·전력 생산 원리

누리호 성능검증위성에 탑재된 '우주용 원자력전지' 모습. 원자력연 제공

우리나라가 자체 개발한 원자력전지를 활용해 우주탐사에 도전할 수 있는 길이 열렸다. 우주탐사선과 로버 등 우주라는 극한 환경에서 열과 전력을 생산할 수 있는 우주용 원자력전지의 성능 검증을 무사히 마쳤다. 앞으로 달 착륙선에 원자력전지를 탑재해 달 표면에서 전력을 생산하는지에 대한 실증에 나설 계획이다.

한국원자력연구원은 자체 개발한 '우주용 원자력전지(ETG)'를 지난 2022년부터 누리호 성능검증위성에 탑재해 지구 저궤도에서 신뢰성을 평가한 결과, 장기간 안정적으로 전력을 생산하는 것을 확인했다고 9일 밝혔다.

이 원자력전지는 홍진태 박사 연구팀이 플루토늄 동위원소(Pu-238)를 열원으로 하고, 열을 전기로 변환하는 열전소자와 전지 내부의 열 손실을 막고 열을 전달하는 열제어 구조체로 구성된 열출력 10와트급이다.

연구팀은 2022년 11월부터 지난 5월까지 1년 반 동안 누리호에 탑재된 원자력전지의 출력 전압과 내부 온도 데이터를 위성 본체가 저장한 뒤 지상국과 교신 시 전송한 데이터를 분석, 정상 작동 여부를 평가했다.

그 결과, 출력 감소나 부품 고장 없이 약 120밀리와트(㎽)의 전력을 지속적으로 생산하는 것을 확인했다. 앞서 진행된 단기 성능시험에서 확인된 목표 전기출력(120±50㎽)을 장기간 유지할 수 있음을 입증한 것이라고 연구팀은 설명했다.

이번 실험에서 지구 저궤도에서 방사성물질 사용을 금지하는 UN 국제규범에 따라 방사성동위원소 열원을 전기히터로 대체했다. 위성 본체에서 공급된 10와트의 전력으로 전지 내부의 전기 히터를 가동해 방사성동위원소의 붕괴열과 동일한 열을 발생시켜 실험을 진행했다. 이는 극저온의 달 표면에서 환경온도 모니터링, 우주방사선 계측 등의 임무를 수행할 수 있는 수준이다.

연구팀은 달 표면에서의 전력생산 실증과 함께 달 표면 자원 추출 등에 원자력전지를 활용할 수 있도록 출력과 안전성 등 성능 고도화를 추진할 계획이다.

정영욱 원자력연 하나로양자과학연구소장은 "달과 화성탐사 등 우주의 극한 환경에서 무사히 임무를 완수할 수 있는 고성능 원자력전지 개발에 더욱 노력하겠다"고 말했다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr