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다가오는 수십 년간의 우주 탐험은 우주비행사들이 다시 달에 가는 것을 볼 것이고, 화성으로의 최초의 승무원 임무와 태양계 외부로의 로봇 임무를 볼 것입니다. 이러한 임무는 더 빠른 환승, 장기 체류, 그리고 지구에서 멀리 떨어진 곳에서 지속 가능한 생활을 가능하게 하는 혁신적인 기술을 활용할 것입니다. 이를 위해 NASA와 다른 우주 기관들은 특히 에너지와 추진력에 관한 핵 응용 분야를 조사하고 있습니다. 이러한 제안들 중 많은 것들이 초기 우주 시대 이후로 책에 실렸고 철저하게 검증되었습니다.
1월 24일 화요일, 나사와 국방고등연구계획국(DARPA)은 핵-열 추진(NTP) 개념을 개발하기 위한 기관 간 협정을 시작한다고 발표했습니다. 제안된 핵 로켓은 민첩한 시슬루나 작전을 위한 시연 로켓(DRACO)으로 알려져 있으며, 이는 화성으로의 빠른 전송 임무를 가능하게 할 것입니다(몇 달이 아닌 몇 주). 이 3단계 프로그램은 궤도에서 DRACO의 시연으로 절정에 이를 것이며, 2027년 초에 일어날 것으로 예상됩니다.
초기 우주 시대 이래로, 나사와 다른 우주 기관들은 핵 우주선에 대한 여러 제안을 고려해 왔습니다. 이들은 핵 열 및 핵 전기 추진(NTP/NEP)의 두 가지 범주로 분류될 수 있습니다. NTP의 경우 원자로는 중수소 또는 삼중수소 추진제(수소-2 또는 -3)를 가열하여 플라즈마를 생성한 다음 노즐을 통해 채널을 통해 추력을 생성합니다. NEP 로켓에서 원자로는 제논과 같은 불활성 가스를 이온화하고 가속하여 추력을 생성하는 홀 효과 추진기를 작동시킵니다. NEP는 더 높은 특정 임펄스(Isp) 또는 더 긴 추력 기간을 제공하는 반면, NTP는 더 큰 추력을 제공합니다.
최근 몇 년 동안 NTP 시스템에 대한 몇 가지 제안이 있었습니다. 이 제안은 화성으로의 운송 시간을 100일 미만으로, 일부는 45일 미만으로 줄일 수 있습니다! 더 빠르고 효율적인 운송 기술을 보유하는 것은 화성으로 가는 승무원 임무에 매우 중요하며 NASA의 달에서 화성으로 가는 목표와 일치합니다. 재래식 로켓을 사용하는 것은 화성으로 여행하는 데 6개월에서 9개월이 걸릴 것이고, 그 임무들은 26개월마다 (화성 반대파와 동시에) 발사될 수 있습니다. 이러한 통과 동안, 우주 비행사들은 높아진 수준의 태양 복사와 우주 복사에 노출될 것입니다.
그들은 또한 인간의 생리학에 심각한 피해를 주는 미세 중력에서 전체 기간을 보낼 것입니다. 마지막으로, 더 긴 여행은 더 많은 물자와 저장 공간을 필요로 하는데, 이것은 승무원들을 위한 지휘실, 기숙사, 그리고 식당 역할을 하는 오리온 우주선에서 제한됩니다. 더 강력한 추진 시스템은 더 큰 과학적 탑재물을 수용하고 계측 및 통신을 위한 더 많은 동력을 제공할 수 있는 더 큰 우주선을 가능하게 합니다. 빌 넬슨 행정관이 최근 NASA 보도 자료에서 언급한 바와 같이 다음과 같습니다:
"NASA는 우리의 장기적인 파트너인 DARPA와 협력하여 2027년 안에 첨단 핵 열 추진 기술을 개발하고 시연할 것입니다. 이 새로운 기술의 도움으로, 우주비행사들은 화성으로의 유인 임무를 준비하기 위한 주요한 능력인 그 어느 때보다 더 빠르게 깊은 우주로 여행을 갈 수 있었습니다. NASA와 DARPA 모두 이 흥미로운 투자에 대해 축하드립니다. 우리가 함께 미래에 불을 지피는 것을 축하드립니다."
이 협정에 따라, 나사의 우주 기술 임무국(STMD)은 DARPA가 제작한 우주선과 통합될 원자력 열 엔진의 기술 개발을 이끌게 됩니다. DARPA는 계약 당국으로서 로켓 시스템 통합 및 조달, 승인, 일정 및 기타 고려 사항을 감독하는 전반적인 프로그램을 이끌 것입니다. NASA와 DARPA는 이르면 2027년 우주에서의 시연 전에 엔진 조립에 협력할 예정이라고 DARPA 국장인 Stefanie Tompkins 박사가 말했습니다:
"DARPA와 NASA는 인간을 처음으로 달에 데려간 새턴 V 로켓에서 인공위성의 로봇 서비스와 급유에 이르기까지 우리 각각의 목표를 위한 기술을 발전시키기 위해 오랜 협력의 역사를 가지고 있습니다. 우주 영역은 현대 상업, 과학적 발견, 그리고 국가 안보에 매우 중요합니다. DRACO 핵 열 로켓 프로그램을 통해 우주 기술의 비약적인 발전을 이룰 수 있는 능력은 물질을 더 효율적이고 빠르게 달로, 그리고 결국에는 사람들을 화성으로 운송하는 데 필수적일 것입니다."
NASA의 경우, 우주 탐사를 위한 핵 기술을 개발하기 위한 이전의 노력은 1964년과 1969년에 성공적으로 시험된 로켓 차량 응용을 위한 핵 엔진을 포함합니다. 방사성 동위원소 열전기 발전기는 1961년부터 우주에서 실험되었고 아폴로 임무의 표면 실험의 일부였습니다. 그 이후로, 다중 임무 방사성 동위원소 열전기 발전기는 바이킹, 보이저, 갈릴레오, 카시니, 그리고 뉴 호라이즌스 임무와 같은 로봇 탐사선과 호기심과 인내력 탐사선을 동력으로 만들었습니다.
NASA, 에너지부(DOE) 및 상공업 파트너들은 또한 여러 임무 프로파일을 위한 원자력 기술을 실현하기 위해 노력하고 있습니다. 여기에는 NASA의 핵분열 표면 전력 프로젝트가 포함됩니다. 이 프로젝트는 달, 화성 및 그 너머에서 장기 임무를 수행할 수 있는 원자로를 개발하기 위해 스털링 기술을 사용하는 킬로파워 원자로 프로젝트로 확장됩니다. 6월에 나사와 DOE는 달과 그 후에 화성의 표면에서 사용될 수 있는 원자력 발전소 개념을 개발하기 위한 세 가지 상업적 설계 노력을 승인했습니다.
올해, 나사의 혁신적인 고급 개념 프로그램은 제안된 여러 원자력 기술에 1단계 계약을 수여했습니다. 여기에는 유로파 미션에 동력을 공급할 하이브리드 핵융합/고속 핵분열 원자로, 화성 미션을 단 45일 만에 수행할 수 있는 핵열 엔진, 그리고 태양계 외부로의 큐브샛 미션을 가능하게 할 수 있는 소형 핵 배터리가 포함됩니다. STMD의 부 관리자인 짐 로이터가 말했습니다.
"이번 협력을 통해, 우리는 이전의 많은 우주 원자력 발전과 추진 프로젝트에서 얻은 우리의 전문 지식을 활용할 것입니다. 최근 항공우주 재료와 공학의 발전은 우주 핵 기술의 새로운 시대를 가능하게 하고 있으며, 이번 비행 시연은 지구-달 경제의 우주 운송 능력을 확립하는 데 큰 성과가 될 것입니다."
