먼 거리의 우주(심우주)를 항해하는 우주선의 추진동력인 '플라스마 엔진'의 성능을 높이려면 자기장을 무조건 강하게 만드는 것보다 자기장의 '모양(구조)'을 정밀하게 설계하는 것이 더 중요하다는 연구 결과가 나왔다.

부산대학교 항공우주공학과 김호락 교수팀과 한국원자력연구원 채길병 박사팀은 차세대 심우주 탐사용 전기추력기인 'MPD 추력기' 내에서 발생하는 미확인 이온 가속 메커니즘을 규명했다고 10일 밝혔다.

MPD 추력기는 전기와 자기장의 상호작용(로렌츠 힘)을 이용해 초고온 기체 상태인 플라스마를 엄청난 속도로 밀어내 그 반작용으로 추진력을 얻는 엔진이다.

연구팀은 전자석과 영구자석을 이용해 서로 다른 자기장 환경을 정밀 분석했다.

분석 결과, 자기장의 세기가 강하더라도 자기력선의 방향이 급격히 바뀌거나 세기가 0이 되는 지점인 '자기 영점'이 발생하면 오히려 추진력이 급격히 감소한다는 사실을 입증했다.

이는 자기장 세기 증가가 항상 성능 향상으로 이어지는 것은 아니며, 자기장 구조가 엔진의 효율을 결정짓는 핵심 열쇠임을 의미한다.

연구팀은 15㎾급 전력에서 세계적인 수준의 추진 성능(추력 최대 436mN, 비추력 2천935초)을 확인했다.

이번 연구는 고출력 전기추진 시스템, 원자력 기반 우주 추진 기술, 심우주 탐사 추진 시스템 연구 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

김호락 부산대 교수는 "그동안 베일에 싸여 있던 MPD 추진기 내부의 이온 가속 원리를 실험적으로 명확히 규명했다는 데 큰 의의가 있다"며 "우리나라 독자적인 심우주 탐사선 추진 시스템을 개발하고 상용화하는 데 중요한 기술적 토대가 될 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 세계적인 학술지 '네이처'의 자매지인 '사이언티픽 리포트' 2월호에 게재됐다.