우주 탐사에 사용되는 이온 엔진(Ion Engine)

지구에서 로켓이 지구의 중력을 이겨내고 우주로 나아가기 위해서는 엄청난 추력의 로켓이 필요합니다. 지구에 중력과 대기의 마찰을 이겨내고 우주로 나아가야 하기 때문입니다. 그래서 로켓의 1 단부는 연료를 탑재하기 위하여 로켓은 발사체는 거대해지고 대기를 통과하고 우주로 나아가서는 로켓을 분리해서 우주공간에 버리거나 수거되어 재활용이 됩니다. 그럼 우주 공간에서는 어떠한 방식으로 앞으로 나아갈 수 있을지 궁금해집니다. 오늘은 심우주 탐사에 사용될 이온 엔진에 대하여 한번 다루어 보려고 합니다.

이온엔진은 우주에서 마찰이 없는 환경을 고려하여 적은 힘으로 대상물체에 힘을 가하여 나아가게 합니다. 이때 이온엔진에서 사용되는 힘은 매우 미약한 힘이나 마찰이 없는 우주 공간에서 대상은 계속하여 가속을 하게 되어 엄청난 속도를 얻을 수가 있습니다. 지금까지 검증된 속도는 초속 34Km/H 로서 1초에 34킬로미터를 갈 수 있는 엄청난 속도입니다. 또한 이온엔진은 기존의 엔진과 다르게 엄청나게 오래 사용이 가능합니다. 다르게 이야기하면 힘은 적지만 거의 무한히 사용이 가능한 엔진이라 말할 수 있습니다. 저항이 없는 우주 공간에서는 너무나도 안성맞춤인 방식의 엔진이라고 할 수 있지요. 

이온은 원자나 분자가 전자로 인하여 전기를 가진 상태라고 정의를 할 수 있는데요. 이온 엔진은 이 전기의 힘으로 연료를 이온화 하여 분사하여 추력을 얻는 방식의 엔진을 말합니다. 사진에서 보는 파란색의 빛이 바로 이온빔인데요. 불활성 가스 원소 제논이라는 추진제를 이온화시켜 추진력을 가진 플라스마를 생성시키고 이때 발생되는 추진력을 가진 플라스마인 이온빔을 분사하는 방향의 반대 방향으로 추진력을 얻고 엔진을 정지하지 않고 무한히 이온빔을 발사함으로써 저항이 없는 우주공간에서 물체를 계속하여 가속할 수 있게 되는 방식입니다.  

하지만 이온엔진은 태양에서 너무 멀어지게 되면 사용이 어렵습니다. 이유는 결국 이온엔진은 전기 에너지가 필요합니다. 이온을 플라즈마 상태로 만들기 위해서는 전기가 필요하기 때문입니다. 이온 엔진은 태양에서 전기를 공급받는 방식이기 때문에 너무 멀어지게 되면 충분한 전기 에너지를 생성할 수 없어 사용이 어려워지게 됩니다. 이론적으로는 화성보다 멀어지면 사용이 어려워지게 됩니다. 그래서 과학자들은 원자력 전지를 이용하는 방식을 고안하게 됩니다. 하지만 원자력 전지는 그 자체로 위험을 가지게 되며 혹시 모를 행성 탐사에서 사고로 추락을 할 경우 방사능 오염을 일으킬 수 있다는 단점이 있습니다. 

미 항공우주국 NASA는 2007년 DAWN이라고 명명된 우주 탐사선을 델타 2호를 통하여 발사하였습니다. 이 탐사선은 여러 소행성과 세레스를 탐사하기 위해 발사가 된 우주 탐사선인데요. 이 돈 탐사선은 이온엔진을 탑재를 하였습니다. 이 우주선은 시속 34Km/H라는 속도를 달성하였으며 이 탐사선은 2015년에 세레스에 도착하여 데이터를 송신하여 왔습니다.  이렇듯 이온엔진은 계속하여 연구 개발되고 있어서 NASA에는 X3엔진을 통하여 가동 실험 신기록을 달성하였으며 인류의 화성 탐사선에 사용이 될 엔진으로서 각광을 받고 있습니다.