핵융합 로켓 'Sunbirds', 우주 탐사의 새로운 시대를 열까?

우주 탐사의 패러다임을 바꿀 혁신적인 기술이 등장할 조짐을 보이고 있다. 영국의 신생 기업인 Pulsar Fusion(풀사 퓨전)이 개발 중인 핵융합 추진 로켓 '선버드(Sunbirds)'가 그 주인공이다. 이 로켓이 실현된다면 태양계를 가로지르는 여행 시간이 획기적으로 단축될 수 있으며, 인류의 우주 진출 속도가 크게 향상될 것으로 기대된다.

 

이미지 출처: Pulsar Fusion

미래형 핵융합 로켓, 과연 현실이 될까?
Pulsar Fusion은 2024년 3월 6일, 자사가 개발한 핵융합 추진 시스템을 처음으로 공개했으며, 3월 11일 런던의 Space-Comm Expo에서 이를 대중에게 선보였다. 핵융합 기술이 적용된 '선버드' 로켓은 기존의 추진 시스템과 비교해 훨씬 더 높은 배기 속도를 제공하며, 화성까지의 여행 시간을 절반으로 단축할 수 있을 것으로 예상된다.

이론적으로 '선버드'는 우주 견인선 역할을 하며, 대형 우주선에 부착되어 목적지까지 빠르게 이동할 수 있도록 설계되었다. 현재의 우주선들이 장거리 임무에 소요되는 비용과 시간을 대폭 절감할 수 있을 것으로 보인다. Pulsar Fusion의 창립자이자 CEO인 리처드 디난(Richard Dinan)은 "이 기술이 실현되면 인류의 우주 개척이 본격적으로 시작될 것"이라고 자신감을 내비쳤다.

핵심 기술: DDFD(Duel Direct Fusion Drive) 엔진
Pulsar Fusion이 제안한 핵융합 로켓의 중심에는 DDFD(Duel Direct Fusion Drive) 엔진이 있다. 이 엔진은 기존의 화학 추진 방식보다 월등히 높은 효율성을 자랑하며, 핵융합 반응을 활용해 추진력을 극대화할 수 있는 시스템이다.

현재 개발된 플라스마 추진기 및 핵분열 엔진과는 달리, DDFD는 중수소와 헬륨-3을 연료로 사용한다. 헬륨-3은 중성자가 하나 부족한 희귀한 동위원소로, 이를 이용하면 추진력 손실을 최소화하면서도 강력한 추진력을 낼 수 있다. 이 기술이 현실화된다면, NASA의 뉴호라이즌스(New Horizons) 탐사선이 9.5년이 걸려 도달한 명왕성까지 단 4년 만에 도달할 수도 있다.

이미지 출처: Pulsar Fusion

왜 우주에서의 핵융합이 더 쉬운가?
현재 지구에서 핵융합 발전소를 상용화하기까지는 수십 년이 더 걸릴 것이라는 전망이 우세하다. 하지만 우주에서는 핵융합 반응을 보다 수월하게 구현할 수 있는 환경이 갖춰져 있다.

지구에서는 강력한 자기장으로 플라스마를 가두어야 하지만, 우주는 진공 상태이므로 이러한 복잡한 제어 시스템이 필요하지 않다. 또한, 우주는 극저온 환경이므로 반응기의 과열 문제를 최소화할 수 있다. 이러한 이유로 핵융합 추진 로켓이 지구보다 우주에서 먼저 실현될 가능성이 높다는 의견도 나온다.

실제 개발 일정과 도전 과제
Pulsar Fusion은 2024년 영국 블레츨리(Bletchley)에 위치한 연구시설에서 DDFD 엔진의 첫 번째 정적 테스트를 수행할 계획이다. 하지만, 초기 테스트에는 헬륨-3 대신 불활성 가스를 사용할 예정이다. 헬륨-3은 가격이 매우 높아 현재 단계에서는 프로토타입에 적용하기 어려운 상황이다.

2027년에는 핵심 기술 구성 요소에 대한 궤도 실험을 진행할 계획이지만, 실질적인 핵융합 로켓의 시험 비행 일정은 아직 정해지지 않았다. 전문가들은 완전히 작동하는 핵융합 로켓이 개발되기까지는 최소 10년 이상 걸릴 것으로 전망하고 있다.

헬륨-3의 공급 문제와 해결책
현재 가장 큰 걸림돌은 연료인 헬륨-3의 공급 문제이다. 헬륨-3은 지구에서 매우 희귀한 원소이며, 이를 확보하는 데 상당한 비용이 소요된다. 현재 1kg당 수백만 달러에 달하는 헬륨-3의 가격을 고려하면, 핵융합 추진 로켓의 상용화는 쉽지 않다.

그러나, 헬륨-3은 달의 레골리스(regolith, 월면 토양)에서 채굴할 수 있는 원소로 알려져 있다. 향후 달 탐사 및 채굴 기술이 발전하면, 헬륨-3을 비교적 저렴한 비용으로 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 이에 따라, 핵융합 로켓과 달 채굴 기술이 맞물려 발전할 가능성이 높다는 분석이 나오고 있다.

이미지 출처: Pulsar Fusion

우주 견인선 '선버드', 상업적 성공 가능성은?
현재로서는 Pulsar Fusion의 계획이 기술적, 경제적으로 실현 가능한지에 대한 의문이 남아 있다. MIT 항공우주학 교수 파울로 로자노(Paulo Lozano)는 "핵융합은 기술적으로 매우 까다롭다. 특히 소형화하는 과정에서 많은 도전 과제가 따를 것"이라며 신중한 태도를 보였다.

하지만, '선버드'가 실현된다면, 지구 저궤도(LEO)에서 우주선들을 더 먼 우주로 이동시키는 '우주 견인선' 역할을 수행하며, 장거리 우주 탐사의 비용과 시간을 대폭 절감할 것으로 기대된다. 또한, 연료를 효율적으로 사용하며 우주 방사선과 미세 운석 충돌에도 견딜 수 있는 설계로 높은 내구성을 자랑할 예정이다.

디난은 "선버드가 상업화되면, 시간 단축을 원하는 기업과 기관들이 기꺼이 비용을 지불할 것"이라며 핵융합 로켓의 경제적 가능성을 강조했다.

이미지 출처: Pulsar Fusion

미래의 우주 탐사, 얼마나 빨라질까?
만약 Pulsar Fusion이 핵융합 추진 기술을 성공적으로 구현한다면, 인류의 우주 개척 속도는 지금과 비교할 수 없을 만큼 빨라질 것이다. 화성, 명왕성뿐만 아니라 태양계를 넘어선 성간 탐사도 현실화될 가능성이 높아진다.

우주 탐사 기술이 급격히 발전하고 있는 지금, '선버드'가 과연 인류의 우주 개척 시대를 앞당길 혁신적인 기술이 될 수 있을지 전 세계가 주목하고 있다.

 

원문 출처; 라이브사이언스