화학 로켓의 한계를 뛰어넘어 별처럼 수소를 융합하며 날아가는 핵융합 로켓. 빛의 속도 10%까지 도달할 수 있는 이 미래 추진 기술로 우리는 언젠가 가까운 별까지 갈 수 있을까요. 핵융합 로켓의 원리와 가능성을 탐구합니다. 오늘은 "핵융합 로켓의 꿈, 별의 에너지로 우주를 날다"에 대해서 살펴보겠습니다
화학 로켓의 한계
현재 우주선은 화학 로켓을 쓴다. 연료를 태운다. 산소와 수소가 반응한다. 물이 되며 에너지를 낸다. 뒤로 뿜는다. 반작용으로 앞으로 간다. 간단하다. 하지만 한계가 있다. 배기 속도가 느리다. 초속 4킬로미터 정도다. 많은 연료가 필요하다. 로켓 대부분이 연료다. 화물은 조금뿐이다. 멀리 못 간다. 화성까지 6개월 걸린다. 목성은 년 단위다. 성간 여행은 불가능하다. 가까운 별까지 수만 년 걸린다. 인간 수명으론 안 된다. 더 빠른 추진 방법이 필요하다. 핵에너지가 답이다. 핵분열은 이미 시도됐다. 1950년대, 오리온 프로젝트였다. 핵폭탄을 연속으로 터뜨린다. 충격판으로 받는다. 추진한다. 이론적으로 가능하다. 하지만 위험하다. 방사능이 문제다. 실험이 금지됐다. 핵융합이 더 깨끗하다. 별이 쓰는 에너지다. 수소를 융합해 헬륨을 만든다. 에너지를 낸다. E=mc²이다. 질량이 에너지로 바뀐다. 엄청나다. 화학 반응보다 100만 배 강하다. 배기 속도가 빠르다. 초속 수천 킬로미터다. 연료가 적어도 된다. 멀리 갈 수 있다. 별까지 갈 수 있다. 이론적으로는. 하지만 실현이 어렵다. 핵융합을 제어해야 한다. 온도가 1억 도 필요하다. 플라즈마를 가둬야 한다. 지상에서도 못 한다. ITER가 시도 중이다. 2035년 완성 예정이다. 우주선에 넣기는 더 어렵다. 작아야 한다. 가벼워야 한다. 안전해야 한다. 수십 년 연구됐다. 여러 설계가 나왔다. 아직 시제품은 없다.
다양한 핵융합 로켓 설계
가장 유명한 건 다이달로스 프로젝트다. 1970년대, 영국 행성간협회가 설계했다. 무인 탐사선이다. 바너드별로 간다. 6광년 떨어졌다. 50년 만에 도착한다. 빛의 12퍼센트 속도다. 핵융합 펄스 추진을 쓴다. 중수소-헬륨3 반응이다. 연료 알갱이를 쏜다. 레이저로 압축한다. 융합이 일어난다. 플라즈마가 뿜어진다. 자기 노즐로 방향을 잡는다. 추진한다. 초당 250회 폭발한다. 연속 추진이다. 로켓 질량은 54,000톤이다. 대부분 연료다. 화물은 450톤이다. 실현 가능성은 낮다. 헬륨-3이 문제다. 지구에 거의 없다. 달이나 목성에서 채굴해야 한다. 비용이 천문학적이다. 1980년대, 개선안이 나왔다. 이카루스 프로젝트다. 중수소-삼중수소 반응을 쓴다. 지구에서 만들 수 있다. 레이저 대신 빔을 쓴다. 더 효율적이다. 자기 압축도 병행한다. 하지만 여전히 거대하다. 수천 톤이다. 건조가 어렵다. 다른 방식도 있다. 자기 감금 융합이다. 토카막처럼 플라즈마를 가둔다. 연속 반응시킨다. 안정적이다. 하지만 무겁다. 자석이 크다. 전력이 많이 든다. 우주선엔 적합하지 않다. 관성 정전 감금도 제안됐다. 전기장으로 이온을 가둔다. 융합시킨다. 작고 가볍다. 하지만 효율이 낮다. 아직 실험 단계다. 가장 현실적인 건 직접 핵융합 제트다. Direct Fusion Drive, DFD다. 프린스턴 플라즈마 물리연구소가 개발 중이다. 작다. 승용차만 하다. 무게 1톤이다. 자기장과 전파로 플라즈마를 가둔다. 중수소-헬륨3을 쓴다. 하지만 중수소-삼중수소도 가능하다. 배기 속도는 초속 300킬로미터다. 화성까지 2개월이다. 명왕성까지 4년이다. 실현 가능성이 높다. NASA가 관심을 보인다. 시제품 제작 중이다.
핵융합 로켓의 미래
핵융합 로켓이 실현되면 태양계 탐사가 혁명적으로 바뀐다. 화성 왕복이 년 안에 가능하다. 목성, 토성까지 몇 달이다. 카이퍼 벨트까지 몇 년이다. 보이저는 40년 걸렸다. 핵융합이면 10년이다. 태양권 경계를 빠르게 넘는다. 성간 매질을 직접 관측한다. 태양 중력 렌즈를 쓴다. 550 천문단위다. 핵융합으로 20년이면 간다. 외계행성을 직접 본다. 확대해서 관측한다. 성간 탐사도 가능해진다. 프록시마 센타우리까지 갈 수 있다. 4.2광년이다. 빛의 10퍼센트 속도면 40년이다. 인간 수명 안이다. 세대 우주선이 필요 없다. 한 세대가 갈 수 있다. 하지만 과제가 많다. 핵융합 기술이 먼저 완성돼야 한다. ITER가 성공해야 한다. 상업 발전소가 생겨야 한다. 기술이 성숙해야 한다. 소형화가 필요하다. 우주선에 들어갈 크기여야 한다. 무게도 줄여야 한다. 발사 비용 때문이다. 연료도 문제다. 헬륨-3은 구하기 어렵다. 달 채굴이 필요하다. 인프라 구축이 선행돼야 한다. 삼중수소는 만들 수 있다. 하지만 방사성이다. 반감기 12년이다. 저장이 어렵다. 중수소-중수소 반응이 이상적이다. 바닷물에 풍부하다. 하지만 반응 온도가 높다. 10억 도 필요하다. 기술이 더 발전해야 한다. 안전도 중요하다. 플라즈마가 새면 안 된다. 방사선을 막아야 한다. 승무원을 보호해야 한다. 차폐가 필요하다. 무거워진다. 트레이드오프다. 경제성도 고려해야 한다. 개발 비용이 천문학적이다. 수십 년 걸린다. 수백억 달러 든다. 국제 협력이 필요하다. 한 나라론 어렵다. 하지만 가치가 있다. 인류를 다행성 종으로 만든다. 태양계를 정복한다. 별로 뻗어나간다. 먼 미래지만 꿈이다. 핵융합 로켓. 별의 에너지로 우주를 난다. SF가 현실이 되는 날을 기다린다.