우주의 신비

[고든 정의 TECH+] 우주 원자력 르네상스 열릴까 - NASA의 우주 원자로 킬로파워

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▲ 테스트 중인 NASA의 킬로파워 프로토타입



과거 원자력은 미래의 에너지로 주목을 받으면서 여러 나라에 도입되었습니다. 하지만 이제는 탈원전 정책을 두고 여러 나라에서 논쟁이 오가고 있습니다. 여전히 비용 대비 효과적이고 안전한 에너지원이라는 주장과 만에 하나라도 사고 발생 시 감당하기 힘든 방사능 오염 가능성을 두고 갈등을 빚고 있는 것입니다.

하지만 어쩌면 원자력의 미래는 지구가 아닌 우주에 있을지도 모릅니다. 미 항공우주국(NASA)은 1970년대 초반 중단했던 핵 추진 로켓 프로그램을 소규모로 재가동 한 데 이어 달과 화성 기지, 혹은 장거리 우주 탐사선에 동력을 제공할 우주 원자로를 개발하고 있습니다.

사실 원자력 로켓이나 우주 원자라고 하면 상당히 미래의 일 같지만, 1950년만 해도 원자력을 거의 모든 분야에 응용하려는 시도가 있었을 만큼 원자력이 미래 에너지원으로 주목을 받았습니다. 당시 미국은 핵 추진 선박과 잠수함은 물론 항공기, 로켓까지 개발하려는 의욕에 불타고 있었습니다. 1950년대부터 진행된 원자력 로켓 개발은 여러 프로토타입 로켓을 만드는 수준까지 진행되었지만, 막대한 비용과 방사능 오염 문제로 인해 실제 비행까지 이르지는 못했습니다. 그리고 1970년대에 이르러 베트남전과 오일 쇼크로 인해 우주 프로그램에 그전처럼 많은 돈을 투입할 수 없게 되면서 중단되었습니다.

세월이 흐른 후 NASA는 다시 인류를 달과 화성으로 보내기 위한 연구를 진행 중입니다. 그런데 장시간 유인 기지에 동력을 제공하기 위해서는 태양 전지만으로는 충분하지가 않습니다. 달의 경우 하루가 거의 한 달에 가까워 14일 정도 밤이 지속되기 때문에 태양 에너지로는 장시간 유인기지를 유지하기 힘듭니다. 화성의 경우 하루의 길이가 지구와 비슷하긴 하지만, 태양에서 도달하는 빛의 세기가 지구보다 약하고 종종 발생하는 모래 폭풍이 문제가 될 수 있습니다. 우주에서 장시간 안정적으로 에너지를 공급할 가장 좋은 방법은 현재 기술 수준에서는 원자력이 최선입니다.

우주 개발에서 원자력의 사용은 새로운 이야기가 아닙니다. 이미 오래전부터 원자력 전지라고 알려진 RTG(radioisotope thermoelectric generator)가 널리 사용되고 있습니다. 하지만 RTG는 원자력 발전에서 사용되는 방식과는 달리 열에너지를 바로 전기로 변환시키는 방식으로 에너지 효율이 낮습니다. 따라서 작은 우주 탐사선에 사용하기엔 적합하지만, 유인 우주 기지를 유지할 만큼 전력을 공급하기는 어렵습니다. NASA는 전통적인 원자로와 유사하게 열에너지로 터빈을 돌려 발전을 하는 소형 원자로인 킬로파워(Kilopower)를 개발하고 있습니다.

킬로파워는 이름처럼 10kW급의 소형 원자로입니다. 이 정도 발전이 가능한 원자로를 만드는 것은 어렵지 않지만, 문제는 화성까지 보내기 위해서 매우 작고 가벼워야 한다는 점입니다. 물론 고장 나면 거의 수리가 불가능하므로 안전성과 신뢰성이 매우 높은 것은 기본입니다. 이를 위해 NASA의 엔지니어들은 스털링 엔진 기반의 소형 원자로를 개발해 작년 11월부터 테스트에 들어갔습니다.(사진) 우라늄 - 235를 사용하는 킬로파워는 10년간 유지보수 없이 작동할 수 있는 신뢰성 높은 초소형 초경량 원자로를 목표로 하고 있습니다.



10kW 킬로파워 4기를 이용하면 장시간 사람이 거주할 수 있는 유인 우주기지에 안정적으로 동력을 공급할 수 있을 것입니다. 화성이나 달은 기본적으로 사람이 없는 지역이고 방사선이 높은 환경이라 만에 하나 사고가 발생해도 피해가 크지 않겠지만, 우주인의 안전을 위해 발전기는 기지와 떨어진 위치에 나눠서 배치하게 될 것입니다.

물론 우주 원자력 르네상스가 열리기 위해선 일단 인류가 다시 우주로 나가야 합니다. NASA가 차세대 로켓을 개발해 인류를 달 너머로 보낸다는 계획이지만, 유인 우주기지까지 건설하기 위해서는 풀어야 할 문제가 수두룩합니다. 특히 우주 개발 분야는 미국조차도 예산 배정에서 우선순위를 받기 어려운 분야라 미래를 낙관하기 어렵습니다. 하지만 언젠가 인류가 화성에 기지를 건설할 때 지구에서 찬밥 취급을 받은 원자력이 다시 효자 노릇을 하게 될지도 모릅니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com 

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