우리가 만든 원자력전지 우주서 2년간 정상 작동… 세계 3번째

원자력연구원, 2022년 누리호 성능검증위성에 실어 우주서 2년간 실험
출력 감소나 부품 고장 없이 약 120mW의 전력을 지속적으로 생산해 내
달·화성·심우주 등 극한의 우주에서도 탐사선·로버의 열·전력원 활용 입증

지난 2022년 6월 21일 누리호 발사때 700㎞ 상공의 태양동기궤도에 투입된 성능검증위성 상단에 원자력연구원 동위원소연구부 홍진태 박사팀이 개발한 원자력전지가 장착돼 있다. 원자력연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 우리나라에서 개발한 토종 원자력 전지가 극한의 우주환경에서도 오랫동안 지속적으로 전력과 열을 만들어냈다. 이는 미국과 러시아 다음으로 세계 세번째다. 이 원자력전지는 2032년 달, 2045년 화성 착륙 등 우리나라가 추진하고 있는 우주 탐사에 사용할 수 있을 것으로 보인다.

9일 한국원자력연구원에 따르면, 원자력연구원 동위원소연구부 홍진태 박사팀이 개발한 원자력전지는 지난 2022년 누리호 발사때 700㎞ 상공의 태양동기궤도에 투입된 성능검증위성에 장착했다. 이후 2022년 7월부터 2년 동안 지구 저궤도에서 신뢰성을 평가한 결과, 출력 감소나 부품 고장 없이 약 120㎽의 전력을 지속적으로 생산해냈다.

연구진은 향후 2032년 달 착륙선에 원자력전지를 탑재해 달 표면에서 전력 생산을 실증할 계획이다. 또한 달 표면 자원 추출 등에도 원자력전지가 활용되도록 출력 및 안전성 등의 성능 향상을 목표로 하고 있다.

원자력전지는 플루토늄 동위원소(Pu-238)를 내뿜는 열로 전기를 만들어낸다. 연구진이 개발한 원자력전지는 열을 전기로 변환하는 열전소자, 전지 내부의 열 손실을 막고 열을 전달하는 열제어 구조체로 구성된 열출력 10W(와트)급 소형 원자력전지이다.

원자력연구원 동위원소연구부 홍진태 박사팀이 개발한 원자력전지. 원자력연구원 제공

이번 실험에서는 지구 저궤도에서 방사성물질 사용을 금하는 UN 국제규범에 따라 방사성 동위원소 열원을 전기 히터로 대체했다. 위성 본체에서 공급된 10W의 전력으로 전지 내부 전기 히터를 가동해 방사성 동위원소 붕괴 열과 같은 열을 발생시켜 정상적으로 전력을 생산할 수 있음을 확인하는데 성공했다.

이는 극저온의 달 표면에서 환경온도 모니터링, 우주방사선 계측 등의 임무를 수행할 수 있는 수준이다.

연구진은 "2032년 달, 2045년 화성 착륙 등 우리나라가 추진하고 있는 우주 탐사 목표를 달성하기 위해서는 우주의 극한 환경에서 버틸 수 있는 에너지원을 확보하는 것이 중요하며, 그 핵심이 바로 원자력전지"라고 설명했다.

원자력연구원 정영욱 하나로양자과학연구소장은 "달과 화성 탐사 등 우주의 극한 환경에서 무사히 임무를 완수할 수 있는 고성능 원자력전지 개발을 위해 앞으로 더욱 노력하겠다"고 말했다.

한편, 우주 탐사 관련 국제 협의체인 국제우주탐사조정그룹(ISECG)은 우주 탐사에 있어 원자력 동력원 확보가 필수라고 인식하고 있으며, 유럽우주국(ESA)도 2030년대 달 착륙선 탑재를 목표로 아메리슘 동위원소(Am-241) 기반의 원자력전지를 개발하고 있다.

[e-mail] 김만기 기자