기록적인 전력의 전기 추진기는 화성을 현실에 더 가깝게 만듭니다.

NASA의 JPL(제트추진연구소) 팀이 프린스턴 대학과 클리블랜드 글렌 센터의 연구원들과 협력하여 이전에 미국에서 테스트한 것보다 25배 더 강력한 프로토타입 전기 추진기 발사에 성공했습니다. MPD(자기플라즈마동역학) 시스템은 120kW에 달하는 전력 수준에서 작동하여 현재 기관의 우주선에서 작동 중인 모든 전기 추진기를 능가합니다. 이번 진전은 미래의 화성 탐사를 향한 결정적인 진전을 의미합니다.

테스트는 2026년 2월 금속 증기 추진제를 사용하여 시스템을 안전하게 테스트할 수 있는 독특한 국립 연구소인 JPL의 CoMeT(Condensable Metal Propellant) 진공 시설에서 진행되었습니다. 프로토타입은 추진제로 리튬 금속 증기를 사용했으며 5번의 점화 동안 텅스텐 전극 온도가 섭씨 2,800도를 초과했습니다.

기대 이상의 성능을 발휘하는 기술

MPD 추진기는 높은 전류를 사용하여 자기장과 상호 작용하고 리튬 플라즈마를 전자기적으로 가속한다는 점에서 기존 전기 시스템과 다릅니다. 이 혁신적인 접근 방식은 이전 세대의 전기 추진기처럼 태양 에너지에만 의존하지 않고 중요하고 지속적인 추력을 생성합니다.

JPL의 수석 연구 과학자인 James Polk는 결과의 중요성을 강조했습니다. “우리는 추진체가 작동한다는 것을 보여줄 뿐만 아니라 우리가 목표로 삼았던 출력 수준도 달성했습니다.” 수집된 데이터는 연구자들이 생산 규모를 확대하는 과제에 직면할 수 있는 견고한 기반을 제공합니다. 프로토타입의 제작과 설계에는 2년에 걸친 집중적인 작업이 소요되었습니다.

MPD 기술은 새로운 것이 아닙니다. 연구자들은 1960년대부터 이를 연구해 왔지만 미국에서 이렇게 강력한 권력을 갖고 활동한 적은 한 번도 없었다. 개발의 중요한 측면은 리튬 추진 추진체가 이러한 테스트 이전에 “작동적으로 비행한 적이 없었다”는 점이며, 이는 항공우주 공학의 진정한 이정표가 되었습니다.

기존 로켓에 비해 획기적인 효율성

전기 추진기는 전통적인 화학 로켓에 비해 상당한 경제적, 기술적 이점을 제공합니다. JPL 팀에 따르면 이 시스템은 지구 중력을 탈출하는 데 사용되는 고출력 로켓보다 추진제를 최대 90%까지 적게 사용할 수 있습니다. 이러한 연료 소비의 급격한 감소는 우주 임무 비용을 크게 줄여줍니다.

전기 추진은 화학 엔진과 근본적으로 다른 원리로 작동합니다. 즉각적인 추력을 생성하기 위해 연료를 태우는 대신 에너지를 수집하고 이를 사용하여 소량의 이온화된 추진제를 가속합니다. 이러한 느리고 지속적인 가스 방출은 충분한 시간이 주어지면 기존 로켓보다 훨씬 더 빠른 속도에 도달하는 지속적인 추력을 생성합니다. 덜 강력한 전기 추진기를 장착한 NASA의 프시케(Psyche) 우주선은 작지만 일정한 힘을 사용하여 시속 200,000km 이상으로 이동하여 이미 이 기능을 입증했습니다.

연구원들은 리튬 구동 MPD 추진기가 높은 출력 수준에서 작동하고, 놀라운 효율성으로 추진체를 사용하며, 현재 작동 중인 시스템보다 훨씬 더 큰 추력을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 말합니다. 원자력 발전소와 결합된 이 추진기는 우주선의 발사 질량을 줄이고 인간을 화성으로 데려가는 데 필요한 탑재량을 유지할 수 있습니다.

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기술적인 과제와 다음 단계

팀은 작동 중 MPD 추진기에서 방출되는 고온으로 인해 극한의 열을 견딜 수 있는 구성 요소가 필요하다는 중요한 장애물을 식별했습니다. 적절하고 견고한 재료를 제공하는 것은 향후 개발 기간 동안 “중요한 과제”가 될 것입니다.

연구자들은 야심 찬 새로운 목표를 설정했습니다.

• 프로펠러당 500킬로와트에서 1메가와트 사이의 출력 달성
• 2,800도 이상의 온도에서도 견딜 수 있는 소재 개발
• 23,000시간 이상 연속 작동 보장
• 여러 개의 추진기를 단일 우주선에 통합
• 화성 임무를 위해 원자력 에너지원을 통합하세요.

화성에 유인 우주선을 보내려면 실행 가능한 시간 내에 화성에 도달하려면 2~4메가와트의 에너지가 필요합니다. 이러한 요구를 충족하기 위해 최종 우주선에는 거의 3년 동안 중단 없이 23,000시간 이상 동시에 작동하는 여러 MPD 추진기가 포함될 수 있습니다.

전략적 우선순위로 포지셔닝

NASA 관리자 Jared Isaacman은 이 테스트를 역사적인 “최초”라고 불렀습니다. “전기 추진 시스템이 이렇게 높은 전력 수준에서 작동하는 것은 미국에서 처음입니다.”라고 그는 말했습니다. 이번 시험은 미래 임무를 위한 첨단 기술 탐색을 통합하는 계획인 우주 핵 추진(SNP) 프로그램의 일부입니다.

Isaacman은 미국 우주 비행사를 화성에 보내는 장기 목표에 대한 NASA의 약속을 재확인했습니다. “NASA에서는 동시에 많은 일을 진행하고 있으며 화성을 놓치지 않았습니다. 우리는 다음 큰 도약을 추진할 전략적 투자를 계속할 것입니다.” 성공적인 임상시험은 이 야심찬 목표를 향한 “진정한 진전”을 보여줍니다.

NASA의 전기 추진 역사는 James Polk와 같은 연구자들이 추진 시스템에 지식을 적용한 Dawn 및 Deep Space-1 임무로 거슬러 올라갑니다. 이러한 경험은 현재 테스트 중인 리튬 구동 MPD 추진기 개발에 필요한 기술적 기반을 제공했습니다.