- 전기·핵분열·플라즈마 방식 등
- 비행체 속도·엔진 작동시간 늘릴
- 신개념 로켓추진 시스템 개발 중

얼마 전 러시아가 새로 건설한 극동 아무르 주의 '보스토치니' 우주기지에서 소유즈 2.1a 로켓이 성공적으로 발사됐다. 소유즈와 같이 지구중력권을 벗어나 외대기권으로 나가기 위해서는 대형 추진력을 발생시키는 로켓엔진이 필요하다. 반대로 무중력 혹은 작은 중력상태의 장거리 궤도비행을 위해서는 매우 높은 추진 효율을 갖춘 엔진이 필요하다. 현재 사용되는 화학식 대형 로켓추진기술은 전자의 경우에, 소형 로켓이나 전기식 추진기술은 후자에 적합하다.

지난달 28일(현지시간) 러시아가 새로 건설한 극동 아무르 주의 '보스토치니' 우주기지에서 소유스 2.1a 로켓이 성공적으로 발사되고 있다. 국제신문 DB

현재 인공위성을 쏘아올리기 위해 사용하는 우주선을 발사할 때 활용하는 시스템은 90%가량이 화학식 추진시스템 중 액체추진기관 시스템이다. 등유나 히드라진(N2H4) 등이 연료로, 액체 산소(O2), 질산(KNO3), 사산화이질소(N2O4) 등이 산화제로 사용된다. 알루미늄 등 고체연료를 추진체로 사용하는 고체형 추진기관 시스템은 대부분 군사용 로켓에 해당한다.

현재 사용되는 화학추진 로켓은 지상에서 저궤도로 이동하기에는 용이하지만 궤도에서 다른 위성으로, 혹은 행성으로 여행하는데 사용하기에는 무리가 있다. 이를 위해서는 비행체의 속도가 더 높아야 하고 엔진의 작동시간이 길어야 한다.

이에 따라 신개념 로켓추진 시스템의 필요성이 높아지고 있다. 비화학 추진시스템에는 ▷전기 추진시스템 ▷핵분열 추진시스템 ▷전자기 플라즈마 추력기(MPDT) ▷가변 비추력 전자 플라즈마 로켓(VASIMR) 등이 있다. 전기 추진시스템은 태양전지나 원자력 발전을 통해 생산한 전력을 사용해 추진체를 전자적으로 가속시켜 분사해 추진시키는 방법이다. 겨우 1g의 무게에 해당하는 힘을 낼 수 있어 대기권에서는 매우 미약하지만 중력권 밖을 나가게 되면 오랜 시간에 걸쳐 같은 힘을 지속적으로 받아 속도가 빨라진다. 이런 특징은 먼 곳에 있는 행성을 목표로 할 때 효과적이어서 금성 또는 토성에 대한 관심이 높아진 최근 활용도가 높아졌다. 또 전기에너지를 사용하기 때문에 무거운 연료를 실을 필요가 없다는 장점도 있다.

핵분열 추진시스템은 핵분열 또는 핵융합에 의해 발생된 열에너지를 추진체에 가해 고속으로 분사해 추진시키는 방법이다. 하지만 만약 이 시스템을 활용해 로켓을 발사했다가 실패해 추락했을 경우 핵오염 우려로 대중화가 어렵다는 단점이 있다. 전자기 플라즈마 추력기나 가변 비추력 전자 플라즈마 로켓 역시 일종의 전기 추진시스템이나 플라즈마를 사용한다는 점에서 특수하다. 특히 가변 비추력 전자 플라즈마 로켓은 100㎏에 해당하는 힘을 낼 수 있을 정도로 효율적이어서 미 우주항공국(NASA)이 오는 2030년을 목표로 개발 중에 있다.

교육과학기술부의 우주핵심기술개발사업에 참여하고 있는 부경대 김정수 기계공학과 교수는 "21세기 우주시대에 능동적으로 대처하기 위해서는 발사체의 주엔진을 이루는 수백t 급의 초대형 로켓엔진에서부터 정지궤도 위성의 위치 유지를 위한 g급 추진력의 초소형 추력기까지 다양한 수준별 엔진 개발기술 확보가 필수적"이라고 말했다. 김 교수는 현재 메탄·산소를 주 원료로 하는 이원액체추진제 소형 로켓엔진 기술개발 연구를 수행하고 있다.

조민희 기자 core@kookje.co.kr