대기 분자를 연료로 사용하는 위성 추진 시스템 연구
New Satellite Engine Could Use Earth's Atmosphere to Stay in Orbit Indefinitely
Hacker News위성 대기 추진 시스템(ABEP)은 위성이 궤도 유지에 필요한 연료를 지구의 희박한 대기 자체에서 끌어와 사용하는 혁신적인 방식을 제시합니다.
- 핵심 기술로는 공기를 효율적으로 포집하는 거울형 흡입구와 중화 장치 없이 작동하여 고효율을 자랑하는 플라즈마 엔진이 결합되었습니다.
- 이 시스템은 무거운 연료 탑재가 필요 없어 임무 지속성이 극대화되며, 지구는 물론 화성 등 다른 행성의 대기에서도 활용 가능합니다.
- 실험실 테스트를 통해 성능을 입증했으나, 실제 우주 환경의 복잡한 대기 변화나 장기간 운용 안정성은 추가적인 검증이 필요합니다.
위성은 궤도 선택 시 대기 저항을 이용할 수 있다는 장점이 있지만, 이와 동시에 공기 저항으로 인해 지속적인 추력이 필요합니다. 기존의 추진 방식은 제논과 같은 온보드 연료를 사용해야 하는 한계가 있습니다. 이에 대한 대안으로, 본 연구는 지구의 희박한 대기 분자를 플라즈마 엔진의 연료로 활용하는 '대기 흡입 전기 추진(ABEP)' 방식을 제시했습니다.
이 시스템을 구현하기 위해 원자 산소에 의한 부식이나 대기의 가변성 같은 난제들을 해결해야 했습니다. 연구자는 공기 입자를 포집하는 파라볼라 거울 형태의 특수 흡입구와, 중화 장치가 필요 없어 고효율을 자랑하는 RF 헬리콘 플라즈마 추력기를 결합했습니다. 특히 흡입구는 시험에서 약 94.3%의 공기 입자를 포집할 수 있는 효율성을 보였습니다.
실험실 테스트 결과, 이 엔진은 50~60W의 RF 전력만으로 안정적인 플라즈마 흐름을 생성하는 것이 확인되었습니다. 이론적 계산에 따르면, 해당 엔진은 190km에서 250km 사이 고도에서 무기한 운용이 가능하며, 최대 1.6kW 미만의 낮은 전력으로 작동할 수 있습니다. 또한 이 기술은 화성처럼 CO2가 주를 이루는 다른 행성의 대기에서도 활용될 잠재력을 가집니다.