핵심 내용

미국 항공우주국(NASA)이 2028년 화성 발사를 목표로 '최초의 원자력 행성간 우주선' 개발에 착수했다. '스페이스 리액터-1(SR-1) 프리덤'이라 명명된 이 프로젝트는 핵전기 추진 시스템을 탑재해 심우주에서 효율적인 대량 수송 능력을 제공할 전망이다.

나사 국장 재러드 아이작먼(Jared Isaacman)이 이번 주 발표한 이 계획은 단순히 화성 도달을 넘어, 60년 이상 이어진 핵추진 실험과 좌절된 프로젝트들의 결실이 될 수 있다는 점에서 주목받고 있다.

왜 이게 중요한가

현재 심우주 탐사선들은 대부분 화학 추진 엔진에 의존하고 있다. 화학 추진은 폭발적인 추력을 제공하지만 연료 효율이 낮아 장거리 행성간 여행에 한계가 있다. 반면 핵전기 추진은 연료 대비 추력 효율이 월등히 높아 심우주 탐사의 게임 체인저가 될 수 있다.

SR-1 프리덤은 지구의 원자력 발전소와 유사한 핵분열 원자로를 소형화해 탑재한다. 이 원자로가 생산한 전력으로 이온 엔진을 구동하는 방식이다. 이온 엔진은 제논(xenon)이나 크립톤(krypton) 같은 기체를 이온화해 가속시켜 추력을 얻는다. 추력 자체는 약하지만 장시간 지속 가동이 가능해 누적 속도가 화학 엔진을 능가한다.

핵추진 우주선의 역사적 맥락

우주 공간에서의 핵에너지 활용은 우주 시대 초기부터 시도됐다. 1950년대 '프로젝트 오리온'은 우주선 뒤에서 연속적인 핵폭발 충격파로 추진력을 얻는 파격적인 개념이었다. 1970년대 영국행성간학회의 '프로젝트 다이달로스'는 핵융합 엔진을 제안하기도 했다.

실제로 오랫동안 활용돼 온 것은 방사성동위원소 열전기 발전기(RTG)다. RTG는 플루토늄-238의 방사성 붕괴열을 전기로 변환한다. 플루토늄-238의 반감기는 약 88년으로, 수십 년간 우주선에 안정적인 전력을 공급할 수 있다.

나사는 1961년 'SNAP-3' 프로젝트에서 처음으로 RTG를 우주에 올렸다. 당시 96그램의 플루토늄-238으로 겨우 2.5와트의 전력을 생산했다. 이후 기술은 비약적으로 발전해 파이오니어 10·11호, 보이저 1·2호, 뉴호라이즌스호, 바이킹 화성 착륙선, 큐리오시티·퍼서비어런스 로버 등에 RTG가 탑재됐다.

특히 화성 탐사 로버 스피릿과 오퍼튜니티는 태양광 패널에만 의존했다가 화성 먼지로 인해 전력 공급이 급감하는 문제를 겪었다. 이 경험은 RTG의 필요성을 명확히 입증했다.

핵전기 추진과 RTG의 차이

RTG는 전력 '공급원'으로, 우주선의 장비와 통신 시스템에 전기를 제공하지만 추진력을 직접 만들지는 않는다. 반면 핵전기 추진은 핵분열 원자로가 생산한 전력으로 이온 엔진을 구동해 실제 추진력을 얻는다.

이온 엔진은 두 가지 방식으로 작동한다. 하나는 전자기장을 이용한 '홀 효과'로 이온을 가속하는 방식이고, 다른 하나는 '그리드 이온 추진기'로 양전하 이온을 음전하 그리드를 향해 가속시켜 분사하는 방식이다. 작동 시 특유의 푸른빛을 발한다.

내태양계 탐사에서는 태양광 패널로 이온 엔진에 전력을 공급하는 '태양 전기 추진'이 사용된다. 그러나 태양에서 멀어질수록 태양광 효율이 급감하기 때문에 외행성 탐사에는 핵전기 추진이 필수적이다.

앞으로의 전망 [AI 분석]

SR-1 프리덤이 성공할 경우 행성간 우주 여행의 패러다임이 전환될 가능성이 높다. 핵전기 추진은 화성뿐 아니라 목성, 토성 등 외행성 탐사, 나아가 성간 전초 기지 건설의 기반 기술이 될 수 있다.

특히 유인 화성 탐사 시대가 다가오면서 대량 화물 수송의 필요성이 커지고 있다. 핵전기 추진의 높은 연료 효율은 화물선이나 보급선에 적합해 유인 탐사 인프라 구축에 핵심 역할을 할 전망이다.

다만 우주 공간에서의 핵분열 원자로 운용은 기술적 난제가 적지 않다. 방사선 차폐, 열 관리, 장기 신뢰성 확보 등이 해결해야 할 과제다. 2028년 발사 목표가 현실화되려면 향후 3년간 집중적인 기술 개발이 이뤄져야 할 것으로 보인다.