[와우! 과학] 요오드를 연료로 사용하는 인공위성 등장 (연구)

요오드 (iodine, 아이오딘)는 해초류와 어패류에 풍부한 미량 원소로 갑상선 호르몬을 생성하는데 필요한 영양소다.

요오드는 의학 분야에서는 X선 영상 촬영용 조영제나 소독제, 의약품 등에 사용되고 산업 분야에서는 액정 디스플레이, 동물 사료, 식품 첨가제 등에 사용된다. 그런데 최근 로켓 과학자들은 전혀 새로운 분야에 요오드를 사용할 수 있다는 사실을 발견했다. 바로 우주선용 로켓 연료다.

요오드는 상온에서 고체로 존재하며 인화성이 없는 안정한 물질이다. 따라서 지금까지 로켓 연료로 검토된 적이 없었다. 그러나 프랑스 국립과학 센터(CNRS)와 에콜 폴리테크닉 연구팀이 설립한 스타트업인 쓰러스트미(Thrustme)는 새로운 관점에서 요오드를 연료로 선택했다. 

요오드의 녹는점은 섭씨 113.7도이고 끓는점은 184.3도인데, 열을 가하면 액체 상태를 거치지 않고 바로 기체로 승화되는 특징이 있다. 이렇게 승화된 요오드 기체를 이온화시켜 가속하면 우주선을 가속하는데 필요한 추력을 얻을 수 있다. 쓰러스트미에 따르면 요오드 기반 이온 로켓은 크기가 작은 초미니 인공위성인 큐브셋(CubeSat)에 이상적인 시스템이다.

큐브셋은 작고 저렴하면서 기존의 비싼 인공위성이 할 수 있던 임무의 일부를 대신할 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다. 그런데 큐브셋도 궤도 유지를 위해서는 반드시 로켓 엔진이 필요한다.

그러나 기존의 화학 로켓은 작은 상자 크기의 큐브셋에는 맞지 않을 만큼 크고 연료 소모도 심하다. 연료 효율이 훨씬 뛰어난 이온 로켓 역시 큐브셋에는 적당하지 않다. 현재 이온 로켓 연료로 사용되는 제논(크세논)이 비쌀 뿐 아니라 보관도 까다로워 작은 큐브셋에 탑재하기 힘들기 때문이다.

고체 요오드는 크세논과 비교할 수 없을 만큼 저렴하고 다루기 쉬운 물질이다. 화학 로켓 연료와 비교해도 인화성이 없는 요오드가 훨씬 안전하다. 따라서 이론적으로 요오드가 초소형 이온 로켓 연료로 이상적인 셈이다. 하지만 이 이론은 우주에서 검증이 필요하다.

쓰러스트미는 작년 11월 중국에서 발사된 소형 큐브셋인 베이항콘쉬 - 1 (Beihangkonshi-1, 사진)에 요오드 기반 이온 로켓인 NPT30-I2 전기 추진 시스템을 탑재했다. 그리고 작년 12월과 1월에 성공적으로 엔진을 작 요오드 이온 로켓 엔진의 가능성을 보여줬다. 제조사에 의하면 대략 2,400초간 1.1mN의 추력을 냈는데, 작은 큐브셋의 궤도를 유지하는데 충분한 수준이다.

앞으로 우주에서 테스트를 거쳐 요오드 이온 로켓 엔진의 신뢰성과 성능이 검증된다면 다양한 인공위성과 우주선에 널리 적용될 수 있을 것으로 예상된다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com