"연료 없이 우주선 움직인다"…초전도 자석 추진기 시험 성공 [우주로 간다]

제노 애스트로노틱스, 향후 우주선 도킹·근접 비행 가능한 시스템 개발 계획

(지디넷코리아=이정현 미디어연구소)초전도 자석을 기반으로 한 혁신적인 추진기술을 적용한 우주선이 실제 우주 궤도에서 첫 시험 비행을 성공적으로 마쳤다.

우주과학매체 스페이스닷컴은 뉴질랜드 기업 제노 애스트로노틱스(이하 제노)가 우주 공간에서 인공위성의 자세를 제어하고 위치를 유지할 수 있는 초전도 자석 기반 추진 시스템의 첫 궤도 시험에 성공했다고 최근 보도했다.

제노애스트로닉스의 슈퍼토커 자세 제어 시스템은 초전도 자석을 사용해 위성에 추진력을 발생시킨다. 이 시스템은 최근 궤도에서 시험을 거쳤다. (출처=제노애스트로닉스)

초전도 자석 추진기는 우주 공간에서 태양광 에너지를 직접 운동량으로 변환해 연료 없이도 위성을 가속하거나 제어할 수 있는 기술이다. 그 동안은 장비가 지나치게 크고 복잡해 인공위성에 탑재하기 어려웠으나, 이번 시험을 통해 소형화 및 상용화 가능성을 입증했다.

오클랜드 대학교에서 분사한 제노는 미국 스타트업 ‘임펄스 스페이스’의 ‘미라’ 위성에 ‘슈퍼토커(Supertorquer)’ 시스템을 탑재해 이번 시험을 진행했다. 맥스 아르샤브스키 제노 설립자 겸 최고경영자(CEO)는 "이번 시험은 작년 11월 스페이스X의 ‘트랜스포터-15호’를 통해 미라 위성이 발사된 후 시작됐으며, 신발 상자 크기만 한 이 장치가 우주 환경에서 뛰어난 성능을 보여줬다"고 밝혔다.

아르샤브스키 CEO는 "이 기술은 우주선이 올바른 방향을 유지할 수 있도록 돕는 시스템"이라며 "장치 내부에 서로 다른 축으로 배치된 여러 개의 초전도 자석이 전력을 공급받아 자기장을 생성하고, 이 자기장이 지구 자체 자기장과 상호작용하는 원리"라고 설명했다. 위성이 만들어내는 자기장을 제어함으로써, 결과적으로 지구 자기장을 발판 삼아 위성의 회전과 방향을 자유롭게 제어할 수 있다는 의미다.

초전도 자석은 전기 저항이 0인 초전도선 코일로 제작돼 일반 전선보다 훨씬 큰 전류를 흘릴 수 있으며, 이는곧 강한 자기력으로 이어진다. 다만 초전도 현상을 구현하려면 극저온 상태를 유지해야 한다는 까다로운 조건이 붙는다.

해당 시스템은 작년 11월 스페이스X 트랜스포터 15 미션을 통해 우주로 발사됐다. (출처=제노애스트로닉스 엑스 @zennospace)

지구상의 실험실에서는 액체 헬륨이나 액체 질소 같은 냉매 탱크를 사용한다. 하지만 무게와 공간이 제한된 인공위성에서는 이 방식을 쓸 수 없다. 대신 시스템 내부의 열을 우주 공간으로 방출하는 고도의 열 관리 기술이 필요하다. 아르샤브스키 CEO는 "초전도 자석이 작동하려면 영하 200도까지 내려가야 한다"며 "우주 자체는 차갑지만, 태양 빛을 받는 위성 내부는 약 20도 안팎으로 꽤 따뜻하기 때문에 열 제어가 핵심 기술"이라고 말했다.

제노가 개발한 장치는 여러 겹의 단열재로 감싸져 있으며, 시스템에서 발생하는 미세한 열까지 외부로 방출하는 열 펌프가 장착됐다. 위성이 자세를 바꾸거나 추진력을 얻어야 할 때마다 초전도 코일이 작동하며, 이때 필요한 전력은 위성의 태양광 패널로 충전된 배터리에서 조달한다.

그는 "이 기술은 태양 에너지를 우주선 제어에 필요한 운동 에너지로 직접 변환하는 것"이라며 "우주에서 가장 풍부한 자원인 태양광을 이용해 자기장을 만들기 때문에, 별도의 연료를 소모하지 않고도 가속력을 얻을 수 있다"고 덧붙였다.

향후 제노는 태양광 발전과 초전도 자석의 힘만으로 우주선이 서로 도킹하거나 근접 비행을 수행할 수 있는 더 강력한 시스템을 개발할 계획이다. 나아가 미래에는 태양 에너지 마찰만을 이용해 달이나 화성 탐사선까지 추진할 수 있는 초대형 자석 시스템을 구상 중이다.

아르샤브스키 CEO는 "초전도 기술을 우주에 본격적으로 도입하면 상상할 수 없을 만큼 강력한 자기장을 활용할 수 있게 된다"며 "연료 없이 위성의 궤도를 완전히 바꾸거나, 우주선 자체를 빠르게 가속하는 것도 가능하다"고 강조했다. 아울러 "지구에서 가져가는 연료에 대한 의존도를 제로로 만들어 지속 가능한 우주 산업을 구축하는 것이 궁극적인 목표"라고 밝혔다.

이 강력한 초전도 자기장 기술은 인류의 심우주 탐사 시 가장 큰 걸림돌로 꼽히는 ‘우주 방사선’ 문제를 해결할 열쇠가 될 수도 있다. 아르샤브스키 CEO는 "심우주 여행 시 승무원들은 치명적인 우주 방사선에 노출된다"며 "초전도 자석으로 우주선 주변에 거대한 ‘자기장 우산’을 만들면 내부의 우주비행사들을 안전하게 보호할 수 있을 것"이라고 전망했다.

제노 애스트로노틱스는 올해 말 비공개 임무를 통해 한 단계 더 커진 대형 실증기를 우주로 쏘아 올려 2차 검증에 나설 예정이다.

이정현 미디어연구소(jh7253@zdnet.co.kr)