핵 우주선이 화성으로 날아가는 데 도움이 되는 엔진

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중국 연구진은 확장하면 20층 건물 만큼 높은 1.5메가와트 규모의 원자로를 개발하고 있는데, 이를 통해 지구와 화성 간 왕복 여행이 가능해질 전망이다.

중국의 실험용 리튬 냉각 원자로 시제품. 사진: 중국과학원 — 중국의 실험용 리튬 냉각 원자로 시제품. 사진: *중국 과학원*

중국 전역의 10개 이상의 연구 기관과 대학이 참여하는 협력 프로젝트가 핵분열 기술 개발을 통해 행성 간 이동에 상당한 진전을 이루었으며, 이를 통해 대규모 화성 탐사가 가능해졌습니다. 중국과학원 산하 학술지인 사이언티아 시니카 테크놀로지카(Scientia Sinica Technologica)에 게재된 논문에서 연구팀은 시제품 리튬 냉각 원자로 시스템이 여러 차례의 초기 지상 시험을 통과했다고 선(Sun) 지가 3월 19일 보도했습니다.

시험 결과는 중국 과학자와 엔지니어들이 NASA가 개발한 시스템보다 7배 강력한 메가와트급 원자로를 전례 없는 크기로 축소하기 위해 고안한 몇 가지 핵심 기술 솔루션을 확인시켜 주었습니다. 우주에 완전히 배치되면 방열판을 포함한 1.5메가와트급 원자로는 20층 건물 높이만큼 커질 수 있습니다. 하지만 지상에서는 8톤도 채 되지 않는 무게의 컨테이너로 접힐 것입니다.

과학 아카데미 과학자 우이칸(Wu Yican)이 이끄는 팀에 따르면, 이 설계는 원자로 시스템을 로켓에 쉽게 장착하고 발사할 수 있도록 해줍니다. 또한, 이 원자로는 우주의 혹독한 환경에서도 장시간 안정적인 작동을 유지할 수 있습니다. 논문에 따르면, 고출력 전력원은 우주비행사와 화물 모두의 왕복 이동을 가능하게 하여 달과 화성의 대규모 탐사를 위한 길을 열어줄 것입니다.

일부 과학자들은 핵추진 우주선이 지구와 화성 간 왕복 여행을 단 3개월 만에 완료할 수 있다고 추정합니다. 이제 과학계는 이 기술이 행성 간 임무에 필수적이라는 데 동의합니다. 반면, 미국 기업 SpaceX가 개발 중인 스타십 시스템과 같은 화석 연료 우주선은 화성 도착까지 최소 7개월이 걸릴 수 있다고 일부 추정은 합니다. 스타십 로켓은 NASA가 2020년대 말까지 달에 우주인을 착륙시키려는 계획의 핵심이며, SpaceX CEO 일론 머스크의 화성 식민지화 야망에도 핵심적인 역할을 합니다. 하지만 화성으로 가는 편도 여행에는 거대한 생명 유지 시스템이 필요합니다.

NASA의 아르테미스 프로그램은 달에 원자로를 설치하고 유사한 기술을 사용하여 화성 식민지화를 위한 우주선 함대를 구축할 계획입니다. 유럽 연합은 핵 관련 우주 기술 개발을 위한 세 가지 프로젝트를 시작했습니다. 러시아 또한 냉전 시대 핵추진 우주선 프로젝트를 재개했습니다. 우 박사팀에 따르면, 러시아는 우주용 핵연료를 포함한 여러 핵심 기술의 연구 개발에서 가장 빠른 진전을 보이고 있습니다.

연구진은 중국 원자로가 우라늄 연료의 핵분열을 통해 최대 섭씨 1,276도까지 가열될 것이라고 밝혔는데, 이는 대부분의 상업용 원자력 발전소의 운전 온도를 훨씬 뛰어넘는 수치입니다. 이 고열은 헬륨이나 제논과 같은 비활성 원소의 액체를 기체로 팽창시켜 발전기에 전력을 공급합니다. 이 연쇄 반응은 고속 중성자를 생성하여 최소 10년 동안 효율적이고 지속적인 전력 공급을 가능하게 합니다. 연구팀은 액체 리튬을 사용함으로써 높은 열전도도와 가벼운 무게 덕분에 원자로 크기를 줄일 수 있었습니다.

열교환기와 복사 차폐막은 일반적으로 원자로 설계에서 많은 공간을 차지하지만, 우 교수와 동료들은 이 두 가지를 하나로 결합하는 기술을 개발했다고 밝혔습니다. 논문에 따르면, 원자로의 열교환기는 텅스텐 합금으로 제작되어 유해한 복사선을 차단하면서 회로 내에서 열을 효율적으로 전달할 수 있습니다. 다른 신기술로는 고온 내식성 소재가 있습니다. 현재 단계에서는 원자로 시제품의 열원이 외부 전원 공급 장치입니다. 연구팀은 시험 프로그램의 다음 단계에서 원자로를 완전 가동 상태로 만들기 위해 핵연료봉을 추가할 계획입니다.

이 시험은 19세기에 피스톤 엔진으로 개발되어 동력 우주 비행에 널리 사용되었던 브레이튼 발전기와 리튬 기반 냉각 시스템을 결합하는 것의 타당성을 입증하는 데 도움이 되었습니다. 향후 연구 개발의 주요 초점은 발사 및 운영 중 원자로의 안전성입니다. 원자로가 지구로 복귀하더라도 핵폭발 위험이 없어야 합니다. 또한 프로젝트 팀은 자동 진단 및 문제 해결 기술을 활용하여 우주에서 원자로의 장기 자율 운영에 인공지능을 적용할 계획입니다.

안캉 ( Sun 에 따르면)

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