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정적 및 동적 에너지 전환 특성을 가진 우주용 원자력시스템

전문가 제언: ○ 행성이나 태양계 위성으로의 아주 먼 여행이나 달과 화성 전진기지에서의 미래의 로봇이나 인간의 탐험 활동 지원에 대단히 유망하다. 원자력은 출력과 효율을 장기간 높게 유지할 수 있으며, 고온에서 작동하여 냉각 면적과 재료를 줄일 수 있어 우주여행에서 필요로 하는 추진력과 전기를 공급하는 데 매우 적합하다.

○ 구소련이 1959년에 처음으로 Sputnik 위성을 우주궤도에 올린 이후 미국과 구소련의 우주 경쟁이 시작되었다. 미국은 전원용 원자로 SNAP -10A와 SP-100의 개발을 시작으로, 태양계 혹성에 인류를 보내기 위한 계획을 추진 중이다. 구소련은 TOPAZ 원자로를 개발하여 다수의 감시인공위성에 사용하여 왔다.

○ 미래의 우주 탐험에 사용되는 원자로는 고속 중성자 스펙트럼과 액체금속을 냉각재로 사용하는 원자로일 가능성이 높다. 이러한 원자로는 10~15년의 우주에서의 임무를 수행하는 동안 110㎾e의 출력을 제공하게 된다. 단일점 고장(single point failure)을 배제하기 위하여 원자로는 독립된 냉각 시스템을 갖춘 몇 개의 동일한 부분(sector)으로 구성된다. 우주용 원자로는 부하 추종(load following) 능력을 가져 필요한 전력 수요에 맞춰 전력을 공급할 수 있어야 한다.

○ 원자로는 SiGe TE, STE, AMTEC, TI와 같은 정적 전환 시스템이나K-Rankin 순환과정, 닫힌 브레이튼 순환과정, 자유 피스톤 스털링 엔진과 같은 동적 전환시스템과 연결된다. 정적 시스템은 5~15We/㎏에 비출력을 생산하는 데 비하여 동적 전환시스템은 10~30We/㎏의 높은 비출력이 가능하다.

○ 한국은 1989년에 한국항공우주연구원을 창설한 이후 소형위성발사체 개발을 활발하게 추진하고 있다. 그동안 고체 과학로켓의 개발에 성공하였고, 2002년에는 액체추진로켓 KSR-III의 발사에 성공하였다. 한국은 아직 우주용 원자로의 개발은 계획하지 않고 있으나 국가적으로 필요성을 느껴 추진하고자 한다면 그동안 축척한 원자력 발전 기술과 연구경험이 우주 원자로의 개발에도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

저자: Mohamed S. El-Genk
자료유형: 학술정보