1초에 100km 비행 화성가는데 39일 꿈의 엔진 눈앞에

우주횡단 고속엔진 첨단기술 10가지

광활한 우주를 여행하려면 빠른 속도를 내는 첨단 엔진이 필수다. 왼쪽부터 미국 국방부 산하 방위고등연구계획국(DARPA)이 ‘오리온 프로젝트’라는 이름으로 1960년대 개발을 추진한 핵추진엔진 로켓, 이온엔진을 단 미국항공우주국(NASA)의 ‘프로메테우스 우주선’, SF영화에서처럼 웜홀을 통과하는 우주선, 태양풍으로 움직이는 우주 돛단배 그리고 버사드 램제트를 단 우주선의 상상도. 사진 제공 NASA

끝없이 펼쳐진 광활한 우주. 드넓은 우주를 돌아다니기엔 우주선이 너무 느리다. 인간이 개발한 유인우주선 중 가장 빠른 것으로 알려진 미국의 아폴로 10호는 한 시간에 3만9895km를 날 수 있다. 그러나 이 속도로는 태양계에서 가장 가까운 별인 알파 센타우리(Alpha Centauri)까지 12만 년이 걸린다. 살아생전 이 별을 구경하기란 불가능하다. 하지만 인류의 도전은 끝나지 않았다. 핵심은 우주선의 속도를 결정하는 엔진. 영국의 과학주간지 ‘뉴사이언티스트’는 최근 우주 횡단을 현실로 만들어 줄 10가지 첨단 기술을 소개했다.

○ 이온엔진, 기존 우주선의 10배속도

우주선이 추진력을 얻기 위해 가장 많이 사용하는 방식은 화학연료를 태우는 것이다. 하지만 연료 무게 때문에 속도를 내는 데 한계가 있다. 그래서 등장한 방식이 이온엔진이다. 이온엔진은 화학연료 대신 전하를 띤 양이온을 뿜어내며 추진력을 얻는다. 가장 많이 사용되는 연료는 크세논 가스다. 크세논 가스는 화학연료보다 훨씬 적은 양으로도 추진력을 낼 수 있어 우주선의 무게를 줄일 수 있다. 우주선에 태양전지판을 달면 여기서 발생한 전기가 크세논 가스를 이온으로 변환시키기 때문에 멀리 떨어진 별도 여행할 수 있다.

실제로 2003년 발사돼 3년 동안 임무를 수행한 유럽우주국(ESA)의 달 탐사선 스마트원(SMART-1)은 이온엔진을 달았다. 같은 해 발사된 일본의 우주 탐사선 하야부사(Hayabusa)도 이온엔진을 달았다. 하야부사는 세계 최초로 소행성의 흙을 담고 올 6월 지구에 귀환한다.

미국항공우주국(NASA)이 개발하고 있는 VASIMR는 이온엔진을 변형시킨 플라스마엔진을 달았다. 플라스마엔진은 연료인 수소를 수백만 도의 플라스마 상태로 달궈 분출한다. 이 우주선은 100만 도까지 온도를 올릴 수 있다. 기존 우주선보다 10배나 빠른 초속 30∼100km로 날 수 있다. 이 속도면 인간이 화성에 도착하는 데 39일이면 된다.

○ 핵엔진 달면 빛속도 10분의 1까지

핵폭탄과 핵융합 원리를 이용한 엔진도 있다. 미 국방부 산하 방위고등연구계획국(DARPA)은 핵폭탄의 힘을 우주선의 추진력으로 사용하는 ‘오리온 프로젝트’를 진행했다. 핵폭탄이 터지면서 발생하는 추진력은 이론적으로 빛의 속도의 약 10분의 1. 이 정도면 태양계에서 가장 가까운 별까지 40년 안에 갈 수 있다. 이 프로젝트는 1960년대 핵실험이 중단되면서 사실상 끝났지만 여전히 가능성은 남아 있다.

핵폭탄이 핵분열을 이용했다면 태양처럼 원자핵 몇 개가 합쳐지면서 에너지를 방출하는 핵융합 반응을 사용하려는 시도도 있다. 1970년대 영국행성간학회는 ‘다이달러스 프로젝트’라는 이름으로 핵융합에서 나오는 에너지로 우주선을 움직이는 연구를 진행했다.

미국의 물리학자 로버트 버사드는 1960년 자신의 이름을 딴 ‘버사드 램제트’를 제안했다. 우주선의 연료 무게를 줄이기 위해 우주선에 연료를 싣는 대신 우주 공간의 수소를 이온화해 바로바로 사용하자는 것이다. 하지만 이 아이디어는 우주에 수소가 너무 적을 뿐만 아니라 수소를 이온화할 수 있는 장치가 수천 km나 길어야 한다는 점 때문에 실현 가능성은 떨어진다.

그렇다면 현실적으로 불가능하지만 우주여행을 하기에 가장 좋은 방법은 뭘까. 영화 ‘스타트렉’에서처럼 우주 공간의 지름길인 웜홀을 이용하거나 빛보다 빠른 속도로 시공간을 넘나드는 워프 기술을 사용하는 것이다.

이현경 동아사이언스 기자 uneasy75@donga.com
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