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202105.25

새로운 플라즈마 로켓, 기존보다 10배나 더 빠르다고?

KFE   
https://fusionnow.kfe.re.kr/post/plasma/1286

美 과학자, 핵융합에서 힌트 얻어 새로운 플라즈마 로켓 아이디어 고안



지구를 떠나 우주 어딘가 새로운 터전을 만드는 일은 인류의 아주 오래된 상상 중 한 가지입니다. 수많은 비밀을 품고 있는 우주를 탐험한다는 것은 까마득한 과거를 거슬러가 인류의 근원을 찾아가는 일임과 동시에 인류가 새로이 나아가야 할 미래를 개척하는 도전이기에 결코 포기할 수 없는 일인데요.


그러나 우주를 탐사하고 다른 행성으로 이주하는 공상과학 소설과도 같은 일이 우리 생각보다 더욱 가까이 다가와 있는지도 모릅니다. 화성 이주를 일생일대의 목표로 삼는 괴짜 억만장자 ‘일론 머스크’는 여러 번의 실패에도 불구하고 결국 재활용 우주선과 로켓의 기술을 차근차근 확보하고 있고, 최근에는 미국에 이어 중국까지 화성에 탐사 로버를 안착시키는 데 성공하며 화성의 정보를 수집하고 있기 때문이죠.




핵융합에서 영감을 받은 새로운 플라즈마 로켓


이처럼 멀게만 느껴졌던 우주라는 세계를 우리가 더욱 가깝게 느끼도록 해주는 놀라운 소식들이 이곳저곳에서 다양하게 들려오는데요. 인류의 미래 에너지를 연구하는 핵융합 연구 분야도 예외는 아닙니다.


최근에는 핵융합에너지의 개념을 기반으로 더 빠르게 우주를 탐사할 수 있는 새로운 가능성이 발견되었다는 소식이 학계의 주목을 받은 적이 있는데요. 미국 프린스턴 플라즈마물리학연구소(PPPL)의 물리학자인 파티마 에브라히미 박사는 자기장을 이용하여 플라즈마 입자를 제어하는 새로운 플라즈마 로켓을 고안해내는 데 성공했습니다.


기체 상태의 물질에 지속적으로 에너지를 가하면 원자핵과 전자가 각각 자유롭게 날아다니는 상태가 되는데, 이를 물질의 네 번째 상태인 플라즈마라고 합니다. 이 플라즈마를 로켓에 추력을 가하는 용도로 사용할 수 있는데요. 로켓의 엔진 안에서 플라즈마를 만들어내고, 거기에 전기장을 가하는 방식으로 입자를 가속하고 분사하는 것이죠. 하지만 이러한 기존의 플라즈마 로켓 제어방식으로는 추력과 속도가 떨어진다는 한계가 있었습니다.


기존 플라즈마 로켓보다 10배 빠른 새로운 플라즈마 로켓


에브라히미 박사가 연구한 플라즈마 로켓은 핵융합 실험에서 영감을 받았습니다. 핵융합 반응은 가속 상태에 있는 원자핵끼리 부딪히게 함으로써 발생합니다. 그런데 일반적인 상태에서는 원자핵 주위에 있는 전자가 충돌을 방해해 반응을 얻기가 어렵습니다. 이 때문에 원자핵과 전자가 서로 분리되어 있는 플라즈마 상태를 만들고 고온의 에너지를 가해 핵융합 반응이 일어나도록 하는 것이 지구에서 태양과 같은 핵융합 반응을 일으키는 원리입니다. 이때, 플라즈마가 도망가지 않고 핵융합 반응을 일으킬 수 있도록 자기장을 이용하여 가두는데, 에브라히미 박사는 바로 이 자기장에 주목했습니다.


기존에 연구되어온 플라즈마 로켓과 에브라히미 박사가 고안한 방식의 다른 점은 크게 세 가지인데요. 첫째, 자기장의 세기를 조절함으로써 로켓의 추력도 늘리거나 줄일 수 있습니다. 연구 논문에 의하면 자기장 강도의 2배에 비례하는 추력이 나올 수 있다고 합니다. 둘째, 새로운 플라즈마 로켓은 플라즈마 입자와 플라즈마모이드라고 불리는 고밀도 플라즈마 덩어리 모두를 방출할 수 있다는 점입니다. 이렇게 되면 플라즈마 입자만 방출할 때보다 훨씬 더 강력한 추력을 만들어 낼 수 있다고 합니다. 셋째, 기존보다 더욱 다양한 가스를 연료로 사용하여 추력을 더욱 섬세하게 조절할 수 있다고 밝혔습니다.


에브라히미 박사에 따르면 이 새로운 플라즈마 로켓은 자기장으로 입자를 가속해 초당 몇 백km의 속도를 낼 수 있다고 하는데요. 기존 플라즈마 로켓 속도와 비교했을 때 대략 10배에 해당한다고 하니 굉장하죠?




핵융합 연구 속에 숨겨진 다양한 가능성


에브라히미 박사가 고안한 개념이 실제로 미래에 우주탐사 기술에 적용되기 까지는 앞으로 더 많은 연구가 필요하겠지만, 현실로 다가온다면 우주는 우리가 지금 느끼는 것 보다 훨씬 가까워질 수 있을 텐데요. 핵융합에너지 연구 분야에서 얻은 아이디어가 우주를 가깝게 만드는 과학기술로 이어진다니, 핵융합 연구에 숨겨진 무궁무진한 가능성이 더욱 기대됩니다.



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