NASA, 화성용 리튬 플라즈마 엔진 시험해 기록적인 전력 기록

NASA는 캘리포니아에 있는 제트 추진 연구소(JPL)에서 리튬 플라즈마 추진기의 테스트를 성공적으로 수행했습니다. 이 기술은 미국 전기 추진 시스템의 새로운 기록인 120kW의 전력 수준에 도달했습니다. 이러한 발전은 화성 유인 임무에 혁명을 일으킬 가능성과 함께 보다 효율적인 심우주 운송 개발에 있어 중요한 이정표를 나타냅니다.

MPD(자기플라스마역학) 추진기 테스트를 통해 확립된 결과는 인간이 태양계를 여행할 수 있는 방식에 중요한 변화가 있음을 나타냅니다. 이 계획은 행성 간 여행의 이동 시간을 획기적으로 단축하는 추진 솔루션을 연구하고 구현하려는 기관의 지속적인 노력의 일부입니다. 이 혁신은 향후 탐사에 더 쉽게 접근하고 더 빠르게 만들 것을 약속합니다.

JPL에서 테스트 세부사항 기록

JPL의 특수 진공 챔버 내부에서 수행된 혁신적인 실험은 극한의 우주 조건을 시뮬레이션했습니다. 이 시설은 금속 증기 추진제를 안전하게 취급하도록 특별히 설계되었습니다. 수년 만에 처음으로 리튬 구동 MPD 추진기가 현재 미국 우주선에서 작동 중인 모든 전기 추진 시스템을 능가하는 전력으로 발사되었습니다. 성공은 수개월 간의 준비의 결과입니다.

이 시스템은 리튬 증기를 전자기 가속 플라즈마로 변환하여 작동합니다. 이는 강력한 전류와 강력한 자기장의 상호 작용을 통해 발생합니다. 스러스터의 중심에는 텅스텐 전극이 섭씨 2,760도가 넘는 온도를 견뎌냈습니다. 5회 연속 점화 주기 동안 백열등을 유지하여 놀라운 안정성을 보여주었습니다. 이 테스트는 시스템의 지속적인 개선을 위한 중요한 데이터를 제공했습니다.

NASA 관리자인 Jared Isaacman은 이 업적의 중요성을 강조했습니다. “NASA에서 우리는 동시에 많은 일을 하고 있으며 화성을 놓치지 않습니다”라고 Isaacman은 말했습니다. “이번 테스트에서 우리 스러스터의 성공적인 성능은 미국 우주비행사를 화성에 발을 디디기 위한 실질적인 진전을 보여줍니다. 전기 추진 시스템이 120kW에 달하는 높은 출력 수준에서 작동한 것은 미국에서 처음입니다. 우리는 인간 우주 탐사를 위한 다음 단계의 큰 도약을 추진할 전략적 투자를 계속할 것입니다.”

수십년 간의 개발과 리튬의 역할

MPD 추진기의 개념은 1960년대에 시작된 연구로 거슬러 올라가는 오랜 역사를 가지고 있습니다. 그러나 이론에서 기능성 추진 시스템으로 전환하려면 수십 년에 걸쳐 점진적인 발전이 필요했습니다. 이온을 가속하기 위해 전기장을 사용하는 기존 전기 추진기와 달리 MPD 모터는 전류와 자기장을 모두 사용하여 추력을 생성합니다. 이 접근 방식을 사용하면 훨씬 더 높은 전력 작동이 가능합니다.

JPL에서 이 최근 테스트는 2년 넘게 집중적으로 개발한 결과입니다. NASA의 우주핵추진 프로그램에 따라 수행됐다. 프린스턴 대학교 및 NASA 글렌 연구 센터와의 협력은 발전을 위해 필수적이었습니다. 엔지니어들은 낮은 이온화 에너지와 효율적인 플라즈마 특성으로 인해 리튬을 이상적인 추진제로 간주합니다.

JPL의 수석 연구 과학자인 James Polk는 결과에 대한 기대감을 표현했습니다. Polk는 “지난 2년에 걸쳐 이러한 추진기를 설계하고 제작하는 것은 이번 첫 번째 테스트에서 정점을 이루는 긴 과정이었습니다.”라고 말했습니다. “추진제가 작동한다는 사실을 입증했을 뿐만 아니라 우리가 목표로 삼았던 출력 수준에 도달했기 때문에 이는 우리에게 매우 중요한 순간입니다. 우리는 생산 확대라는 과제에 직면할 수 있는 좋은 테스트 플랫폼을 가지고 있다는 것을 알고 있습니다.” 수집된 데이터는 새로운 일련의 실험을 위한 기초가 될 것입니다.

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• 극한의 온도에도 견딜 수 있는 텅스텐 전극
• 우주 환경을 시뮬레이션하는 특수 진공 챔버
• 효율성으로 알려진 추진제로서의 리튬 증기
• 강렬한 전류와 강한 자기장의 상호작용
• 모든 매개변수를 정밀하게 모니터링하고 제어합니다.

가속화된 행성간 여행의 가능성

전기 추진은 이미 현대 우주 탐사에서 근본적인 역할을 하고 있습니다. 예를 들어 NASA의 프시케(Psyche) 우주선과 같은 임무에서는 장기간 지속되지만 낮은 추력을 제공하는 태양열 이온 추진기를 사용합니다. 이러한 시스템은 시간이 지남에 따라 시속 200,000km 이상의 속도에 도달할 수 있습니다. 리튬 구동 MPD 추진기는 이러한 개념을 크게 향상시킵니다.

훨씬 더 높은 출력 수준에서 작동하여 더 큰 추력과 우수한 추진제 소비 효율성을 모두 제공합니다. 이 혁신적인 조합은 먼 목적지까지 유인 임무를 수행하는 데 필요한 이동 시간을 대폭 줄일 수 있습니다. 또한 이 기술을 사용하면 발사 시 필요한 총 질량을 줄여 임무 자원을 최적화할 수 있습니다.

리튬 플라즈마 엔진은 또한 메가와트 범위의 전력 입력을 처리할 수 있습니다. 이 기능을 통해 NASA의 장기 화성 전략의 중요한 구성 요소인 미래의 핵 전기 추진 시스템과 호환됩니다. 실용적인 측면에서 이는 우주선이 더 무거운 탑재량을 운반하고 더 많은 승무원을 수용할 수 있음을 의미합니다. 그들은 행성 간 이동 중에 빠른 속도를 유지할 것입니다. 이 기술은 중요한 기술적 격차를 메워줍니다.

다음 단계 및 엔지니어링 과제

초기 테스트의 성공에도 불구하고 여전히 상당한 엔지니어링 과제를 극복해야 합니다. 이는 MPD 추진기가 화성으로 유인 임무를 효과적으로 추진하기 전에 필요합니다. NASA의 다음 목표는 시스템을 추진기당 500킬로와트에서 1메가와트 사이의 전력 범위로 확장하는 것입니다. 이 규모는 심우주 임무 관련 응용 분야에 필수적입니다.

화성에 대한 전체 승무원 임무에는 2~4메가와트의 총 전력이 필요할 수 있습니다. 이는 여러 개의 추진기가 23,000시간 이상 지속적으로 작동한다는 것을 의미합니다. 이러한 성능을 장기간 유지하면 재료의 저항성과 관련된 복잡한 문제가 발생합니다. 열 관리 및 전반적인 시스템 안정성에도 문제가 발생합니다. 구성 요소는 성능 저하 없이 극심한 열과 전자기력을 견뎌야 합니다.

엔지니어들은 특히 전극과 구조 요소가 심각한 고장 없이 반복적인 사이클을 견딜 수 있도록 하는 데 중점을 두고 있습니다. 이 작업은 마샬 우주비행센터(Marshall Space Flight Center)의 지휘 하에 NASA의 우주기술임무국(Space Technology Mission Directorate)에 의해 조정되고 있습니다. 이러한 노력은 추진력 개발과 원자력 발전의 발전을 통합합니다. 목표는 향후 수십 년 동안 화성 유인 탐사를 가능하게 하는 응집력 있는 전략을 수립하는 것입니다.