태양에너지보다 1000배 강한 로켓…화성 가는 길, 1년에서 한달로

영화 '마션'을 현실로 만들어 줄 플라즈마 로켓

원자로+발전기 장착한 엔진
뉴욕~LA 1분 걸리는 속도

지구 주위 돌면서 가속도
화성까지 39일이면 도착
한국로켓은 '액체엔진' 사용

2006년 1월 지구를 떠난 미 항공우주국(NASA) 탐사선 뉴허라이즌스호는 꼬박 9년6개월을 날아 지난해 7월 지구에서 48억㎞ 떨어진 명왕성을 통과했다. 이 탐사선은 태양계 끝자락에 도착하기 위해 한 시간에 시속 5만8000㎞를 날았다. 지금까지 개발된 유인 우주선 중 가장 빠른 우주선은 미국의 아폴로 10호다. 우주인들을 태우고 달까지 한 시간에 3만9895㎞를 날았다. 이 속도라면 최근 유인탐사 계획이 추진되는 화성까지 편도로 235일 걸린다. 지구와 화성을 왕복하려면 꼬박 1년 반이 걸리는 셈이다.

이런 이유로 기존 우주선의 느린 속도는 유인 화성 탐사를 가로막는 가장 큰 벽으로 꼽힌다. 시간도 오래 걸리는 데다 화성까지 물자를 싣고 가려면 막대한 연료 소비가 불가피해서다.

과학자들은 대안으로 이온 엔진, 플라즈마 엔진, 우주 돛단배 등 다양한 추진 기술을 연구 중이다. 이 가운데 플라즈마 엔진은 가장 주목받는 기술로 손꼽힌다. 로켓 엔진은 화학연료 연소를 통해 추진력을 얻었다. 이 방식의 우주선은 연료 대부분을 지구(대기권)를 이탈할 때 사용하기 때문에 우주를 날아가는 동안은 주로 관성을 이용해 항해한다. 이온 엔진은 전기장으로 원자나 이온에 전기적 반발력을 발생시켜 우주선의 추력으로 사용한다. 핵융합 엔진으로도 불리는 플라즈마 엔진은 태양 내부처럼 이온을 가열시켜 더 큰 추진력을 얻는 기술이다.

NASA와 미국 텍사스 애드애스트라 로켓은 1000만달러를 투자해 화성까지 39일 만에 날아가는 ‘바시미르(VASIMR)’ 엔진을 개발하고 있다. 지금까지 화성 탐사를 위해 제안된 어떤 엔진보다 빠르다. 이 엔진은 연료인 수소를 활용해 만든 100만도의 플라즈마(인공태양인 핵융합로의 원료)를 자기장으로 압축한 뒤 팽창시켜 엄청난 힘을 분출하는 방식이다. 이 엔진은 최고 속도가 시속 20만1600㎞(초속 56㎞)에 이른다. 미국 뉴욕에서 로스앤젤레스까지 1분이 걸리는 속도다. NASA는 지난해 바시미르 엔진을 개발하는 애드애스트라 로켓을 앞으로 행성 탐사를 위한 12개 기술을 개발할 주요 파트너로 선정했다. 플라즈마 엔진에는 태양에너지 1000배에 해당하는 에너지를 공급할 수 있는 소형 원자로나 태양광 발전기를 장착해야 한다. 바시미르는 앞으로 3년 내 우주 공간에서 시험 비행에 나설 계획이다.

NASA와 유럽우주국(ESA) 등은 유인 화성 탐사에 사용될 로켓 엔진을 최종 확정하지 않았다. 플라즈마 엔진의 경우 최소 100시간 이상 지속적으로 작동하는 시험에 통과하면 향후 화성 탐사 로켓으로 채택될 가능성이 높을 것으로 전망된다.

국내에선 아직 신개념 추진 기술은 개발되지 않고 있다. 현재 2020년 달을 향해 발사할 한국형발사체(KSLV-2)에 사용될 75t과 7t급 액체 엔진은 액체산소와 연료(케로신)을 태우는 방식이다.

박근태 기자 kunta@hankyung.com