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기타공학/비행기

상남자의 추진방식 핵펄스 로켓 엔진에 대하여


핵폭탄을 추진으로 이용하는 핵펄스 로켓엔진이란




현재의 화학추진 방식 로켓은 한계가 명확합니다. 연료의 무게가 너무 무겁습니다. 10톤의 화물을 궤도에 올리기 위해 100톤의 연료를 써야합니다. 



http://www.theverge.com



1억원을 벌기 위해 10억원을 써야 한다니요. 말도 안되는 소리이지요. 



하지만 어쩔 수 없습니다. 로켓을 밀어 올려는 엔진 입장에서 보면 결국 연료도 화물입니다. 더 무거운 화물을 옮기기 위해서 연료를 더 많이 실어야 하는데, 그러면 추력이 부족해집니다. 



www.inverse.com



짐을 늘리면 연료도 늘려야 하고, 짐을 줄이면 연료도 줄일 수 있습니다. 사람 한 명을 에베레스트 정상에 올리기 위해, 얼마나 많은 물자가 소모되는지를 떠올려 보면 됩니다.



때문에 예전부터, 화학추진 방식이 아닌 다른 방식의 엔진 연구가 활발했지요. 지난번 포스팅에서 다루었던 이온엔진이 대표적입니다. 



https://www.youtube.com/watch?v=N6lPlyMUtf4



이온을 자석으로 가속, 배출시켜 로켓을 추진시킨다는 컨셉의 엔진입니다. 연소 효율이 상당히 높은 특징이 있습니다. 



다만 가속시키는데 필요한 전력량이 어마어마합니다. 무작정 크기를 키울 수 없는 관계로 현재는 중소형 탐사선에만 제한적으로 쓰이고 있습니다.



en.wikipedia.org




또 다른 방식으로 오늘의 주인공인 핵추진 엔진이 있습니다. 원자력이라는 에너지원을 만지작 한지 벌써 반세기가 술쩍 넘어, 조만간 개발될 가능성이 가장 높은 방식이지요. 



어느 정도 기술적인 검증은 되어 있는 상태고, 배출되는 방사능을 어떻게 처리할 것인지, 무거운 엔진을 어떻게 처리할 지에 대한 난제를 해결하는 일만 남아있습니다. 



Peddling Fiction - WordPress.com



뭐 이 난제가 공돌이를 무작정 갈아낸다고 해서, 쉽게 해결되지 않는게 문제이긴 하지만요. ㅋ




우선 가장 무식한 방법, 핵펄스 추진 엔진입니다. 



en.wikipedia.org



어떻게 이런 방식을 고안 했는지 대단할 따름이에요. 우주선에 소형 핵폭탄을 싣고 연속적으로 터트려 그 반발력을 이용하는 방식입니다. 



1946년 폴란드계 미국 과학자 스타니스와프 울람이 이 말도 안되는 아이디어를 고안했는데, 그것이 실제 일어나고 말았습니다. 



http://www.spaceflightinsider.com



1958년 미국에서 오리온 프로젝트라는 이름으로 정식 연구 승인이 나고, 구체적인 로켓 디자인까지 만들어집니다.



사족으로 스타니스와프 울람의 (Stanislaw Ulam) 의 미들네임은 '마르친 (Marcin)'입니다….. 매드 사이언티스트임이 분명해요.






New Earth Community - WordPress.com



오리온 로켓을 보면, 리볼버 권총의 총구에 원형 플레이트를 달고 있는 형상입니다. 핵폭탄이 카트리지에서 하나씩 배출되고, 푸셔 플레이트를 빠져 나온 순간 폭발하여 플레이트를 밀어내도록 되어 있습니다. 



폭발온도는 자그마치 1만 4천도. 폭탄 내부의 우라늄과 베릴륨이 폭발로 플라즈마 상태가 되고, 이 플라즈마는 플레이트에 부딪히면서 우주선을 가속시킵니다. 



http://forum.kerbalspaceprogram.com



무려 2단의 쇽업져버가 달려 있어 충격을 흡수해 주어, 우주선 자체는 스무스하게 가속력 가지게 되지요.



핵폭탄은 파편이 발생하지 않도록 특수 제작되었고, 15센치의 지름에 무게는 약 140kg 정도로 설계되었습니다. 



(카트리지를 통해 핵폭탄을 배출하는 아이디어는 콜라 자판기에서 응용되었다는 이야기가 있더군요.)



http://space.stackexchange.com




핵펄스 컨셉에 굳이 핵폭탄이 필요가 없는 관계로, 지상에서 일반 재래식 폭탄을 사용한 시험도 이루어졌습니다. 



1959년 약 1미터 크기의 발사체 "Hot Rod" "putt-putt"가 만들어 졌는데, 일단 23초간 56m의 비행에 성공했지요. 



와 그럼, 진짜 날 수 있는 건가요.




www.renderosity.com




하지만 이는 가능성을 확인 한 것일 뿐, 실제 발사체의 크기에서는 문제가 달랐습니다. 



오리온 발사체는 크게 세 가지 크기로 계획되었는데, 가장 작은 버전(Satellite Orion) 의 경우 중량만 300톤에, 푸셔 플레이트가 절반 정도의 질량을 차지할 정도로 컸습니다. 



핵펄스 충돌시 예상 온도가 약 6만 7천도로, 이 정도 온도를 버텨낼 150톤의 플레이트를 만들어 내는게 사실상 불가능 했지요.



http://silodrome.com



게다가 540개의 소형 핵폭탄이 1.1초 마다 폭발해야 추력을 얻을 수 있습니다. 하나라도 삐끗하면 추력감소는 피할 수 없습니다. 폭탄의 배출과 폭발을 정교하게 제어하기가 무척 까다로웠습니다.



그리고 가장 결정적인 문제. 방사선에서 선원을 어떻게 보호해야 하지? 



이 부분은  프로젝트가 조기에 종결되는 바람에, 아얘 깊게 연구되지도 못했습니다. 



방사선으로부터 선원을 보호하는 문제는 모든 핵추진 로켓이 가지는 공통적인 문제점으로, 근본적인 문제가 해결되지 않으면 핵추진 자체가 완성되기 힘들겠지요. 



www.spaceflightinsider.com



오리온의 경우 가장 큰 슈퍼오리온이 직경만 400m에 질량만 800만톤의 위용을 자랑했으니, 멀리 떨어져 차폐를 잘 하면 된다는 컨셉으로 연구하지 않았을까. 추측만 할 뿐입니다.



글이 너무 길어졌네요. 



후속 포스팅에서 또 다른 핵추진 방식인, 핵전자 로켓과 열핵 로켓에 대해 이어가도록 하겠습니다.  ^^