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201510.30

영화 마션의 우주선 ‘헤르메스’ 호를 움직이는 비밀은 플라즈마에 있다?!

시스템 관리자   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/plasma/427


 올 가을을 뜨겁게 달구고 있는 SF 영화가 한 편 있죠.

바로 영화 '마션'입니다.

 

 화성을 탐사하던 중 고립된 한 남자마크 와트니.

 

 그리고 그를 구하기 위해 NASA와 그의 동료들이 펼치는 구출작전을 감동적으로 그린 작품이 바로 영화인데요이 영화에는 실제 화성탐사를 위해 NASA에서 연구 중인 과학적 성과들이 압축적으로 보여지고 있다는 것입니다실제로 마크 와트니가 화성에서 살아남기 위해 고군분투하는 과정에서 엄청난 과학지식들이 총 동원이 됩니다.

 

 이 모든 것이 이루어질 수 있었던 것은 화성 탐사를 가능하게 만들었던 우주왕복선 헤르메스호 덕분이죠그런데 영화에서 구체적으로 다루고 있지는 않지만사실 화성탐사선 헤르메스호의 동력의 비밀은 놀랍게도 플라즈마입니다.

 

 

화선왕복선헤르메스를 움직이는 비밀이 플라즈마?!



영화 마션의 원작 소설을 참고하면 화성 왕복선 헤르메스 호의 주 추진 기관은 이온 엔진으로 설정되어 있습니다이온 엔진은 이미 실제로도 개발되어 있는 엔진으로 아르곤이나 제논 등의 가스를 이온화즉 플라즈마 상태로 만든 뒤 이온 입자를 자기력을 이용하여 선체의 후방으로 빠르게 분사함으로써 추진력을 얻는 기관입니다. 2012년 소행성 베스타를 탐사한 (DAWN)’ 탐사선이 이온엔진을 사용한 것으로 알려져 있죠.

 

 현 단계의 이온 엔진은 지구 중력권에서 쓰기에는 추진력이 약합니다엔진 자체 무게를 지면에서 들어 올릴 정도의 힘도 내지 못하죠따라서 지구의 중력을 벗어난 공간까지 우주선을 발사하려면 여전히 화학 연료를 사용해야 합니다.

 

 그러나 이온 엔진은 매우 뛰어난 연비와 가속 성능을 지니고 있습니다한 예로 1998년 발사된 딥 스페이스 1호의 경우 670일간 엔진이 작동했는데 그 동안 사용된 추진체는 72kg에 불과했습니다또 다른 예로 The NASA Evolutionary Xenon Thruster, 즉 제논 추진체의 경우는 중단 없이 연속으로 48000시간을 가동하는 기록을 세운 적이 있는데이 때 소모된 연료도 약 10t 정도 였다고 합니다이렇게 연비가 좋다면우주선 연료적재 공간을 줄일 수 있어 임무수행을 위한 더 많은 화물을 실을 수 있게 됩니다.

 

 또한이온 엔진의 가속 성능은 처음 추진 속도는 느리지만우주여행을 지속하다 보면 어느 순간 화학 로켓에 비해 수십 수백 배 빠르게 됩니다화학 로켓이 연료가 빠르게 소진되어 가속에 한계가 있는 반면,이온 엔진은 연료 걱정 없이 엔진을 계속 켜놓을 수 있어점점 가속도가 붙어 빨라지는 것이죠따라서 이온엔진이 화성소행성은 물론 태양계 끝자락까지 탐사하는 우주선을 위한 이상적인 우주선 추진기로 여겨지는 것입니다.

 

 

지구에서 화성까지 단 40



NASA는 이온 엔진에 이어 차세대 엔진으로 홀추진기라고 알려진 플라즈마 엔진 역시 개발 중에 있는데요기존의 이온 엔진이 이온화된 입자만을 분사하여 추진력을 얻었다면플라즈마 엔진은 플라즈마 자체를 분출하여 추진력을 얻기 때문에 기존 우주선에 비해 훨씬 빠른 추진력을 얻을 수 있게 됩니다.

 

 얼마 전에는 프랑스 과학자들이 2030년 대 중반 화성행 우주선에 사용될 만한 일종의 플라즈마 엔진 시제품을 만들었다고 발표했는데요이 엔진의 추진력은 시속 7만 2km로 기존에 화석 로켓이 지구를 벗어나기 위한 탈출 속도인 시속 4만 320km를 훨씬 웃도는 추진력을 가질 것으로 예상되고 있습니다.플라즈마 엔진이 결코 먼 미래의 이야기가 아님을 보여주는 사례죠.

 

 현재 지구에서 화성까지는 약 8개월이 걸립니다기존보다 과학 기술이 발전한 것으로 그려지는 영화 마션에서도 지구에서 화성까지 약 200일이 걸리는 것으로 나오죠하지만 기존 이온 엔진의 발전 형태인 플라즈마 엔진즉 홀 추진기가 상용화 될 경우에는 화성까지 단 40일이면 충분할 것으로 예상되고 있습니다.

 

 그러나 플라즈마 엔진이 실제 우주여행까지 적용되는 것은 쉬운 일이 아닙니다헤르메스 호처럼 거대한 우주탐사선을 만드는 것도실제로 우주선에 탑재할 수 있는 플라즈마 엔진을 만들어 원하는 성능을 얻어낼 수 있는지를 검증하는 일도 여전히 과학자들에겐 풀기 어려운 숙제로 남아있기 때문입니다.

 

 희망적인 것은 영화 마션이 20~30년 후의 미래를 배경으로 하고 있다는 것입니다현재 과학자들은 우주 탐사를 위한 최고의 플라즈마 엔진을 만들기 위해 조금씩 성과를 보여주고 있고, 20~30년 뒤에 어떤 결과를 보여주고 있을지는 그 누구도 예상할 수 없을 것입니다화성을 80일 만에 왕복하고영화에서만 보던 화성인 Martian을 실제로 만나는 일도 멀지 않았습니다!


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