http://mars.jpl.nasa.gov/msl/, http://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA14156.jpg

2011년 11월 26일, 미국 NASA의 큐리어시티(Curiosity)호는 약 5억7천만km의 우주여행 후 화성에 착륙한다. mars science laboratory(화성 과학 실험실)이라는 이름을 가진 이 탐사선은 약 2년간 화성 표면을 탐사하며 암석과 토양, 대기 등 화성의 정보를 탐사하고 실시간으로 HD영상까지 지구로 송신해준다. 이 장비에서 가장 중요한 것은 무엇일까? 바로 이 모든 기계 및 전자장치를 구동하기 위한 전기다. 

NASA는 1976년부터 MMRTG(Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator)라는 장비를 개발해서 우주 탐사용 로봇에 사용하고 있다. 이 장비는 최소 14년간 120w의 전기와 2000w의 열을 탐사선에 공급한다. 이 전기발생장치에 필요한 연료는 단 4kg의 플루토늄(238Pu)이다. 석유로 같은 양의 에너지를 만들기 위해서는 약 20톤이 필요한데, 바로 이 플루토늄의 동력을 통해 우리가 직접 가지 못하는 화성을 생생하게 볼 수 있는 것이다.

화성이라는 혹독한 환경에서 움직일 로버(ROVER), 방사능을 이용한 전기를 이용해 시간당 약 30m를 움직일 수 있다. 또한 지구와 교신하며 영상을 전송한다.

극단적으로 외부환경과 고립되어있을 때, 사람이 직접 가기 힘든 곳에서 탐사를 할 때, 적은 양으로 막대한 양의 에너지를 내는 방사성물질은 매우 큰 역할을 한다. 작은 전기충격을 발생시켜 심장박동을 제대로 작동하게 하는 페이스메이커(Pacemaker)에 이용되기도 하였으며 계속 연료공급이 쉽지 않은 극지방 기상관측용 장치, 인공위성의 송신용 전원장치, 사람이 살지 않는 등대 등에 수십 년 동안 일정한 양의 필요한 전기를 지속적으로 공급할 수 있다. 

동전크기만한 액체 전도 동위원소 전지의 모습(출처:http://chemistry.missouri.edu/people/robertson.html)


작은 양에도 오랜 시간동안 전기를 만들어주는 동위원소전지는 새로운 국면을 맞이하고 있다. 2009년, 미국 미주리 대학교의 권재완 교수는 기존의 베타선 방출을 하는 전지의 출력을 액체 반도체기술을 이용해 급격히 올리고, 소형화하는 데 성공했다. 소형화할수록 동위원소가 가지고 있는 문제점들을 줄이고 더 휴대가 가능해진다. 인체에 해가 되지 않는 것은 물론이다.

이 수많은 충전기 중 당신의 스마트폰은 어디에 꽂아야 할까? (출처: http://www.flickr.com/photos/ari/6105721914/)


LG경제연구원은 올해 초 미래 세상을 바꿔놓을 7개 융합기술 중 하나로 원자력 전지를 선정했다. 스마트 시대가 오면서 지속적으로 충전을 해주어야 하는 기기들, mp3와 스마트폰, 패드 등, 외출 시 배터리가 떨어졌을 때 난감한 상황을 가져오는 것도 일쑤다. 방사성 동위원소를 이용한 전지는 이런 고민들을 단번에 해결해준다.

그러나 방사능을 이용한 전력이용의 일반 용도의 이용에는 아직 가격과 대량생산의 어려움, 분해되었을 때의 위험성 등이 해결과제로 남아있다. 하지만 소형 상용화가 된다면 우리 주변의 수많은 휴대기기는 충전할 필요 없이 수십 년간 편리하게 사용할 수 있다. 

현재에도 극한의 지역에서 100퍼센트 능력을 발휘하는 원자력전지, 우리에게 다가올 미래의 모습도 더더욱 기대가 된다. 40년 전 우리가 상상만 했던 전기 자동차, 영상통화 등이 점차 상용화되고 있는 것처럼 충전이 필요 없어지는 새로운 시대도 곧 우리 앞에 다가올 것이다.

reference
http://mars.jpl.nasa.gov/msl/   (NASA mars science laboratory project)
http://link.aip.org/link/doi/10.1063/1.3160542?ver=pdfcov  Radioisotope microbattery based on liquid semiconductor 

글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 김 일 환

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화성탐사선 포보스-그룬트(Phobos-Grunt), 지구추락 중

지난 해 11월, 러시아에서 발사된 화성탐사선 포보스-그룬트(Phobos-Grunt)가 정상궤도 진입에 실패하여 1월 중순 경 지구 대기권에 진입할 것으로 예상됨에 따라, 지난 1월 9일부터 한국천문연구원 내에 상황실을 설치하고 추락상황 분석 및 대국민 알림서비스를 실시하고 있습니다.

포보스-그룬트, 화성과 포보스(출처:ROSCOSMOS)

포보스-그룬트 탐사선
포보스-그룬트는 포보스(화성의 달 가운데 하나)의 토양을 채취해 지구에 귀환하는 임무를 띠고 2011년 11월 9일(2011년 11월 8일 20:16 UTC) 바이코누르 우주기지에서 발사됐습니다. 포보스-그룬트(Fobos-Grunt 또는 Phobos-Grunt, 러시아어: Фобос-Грунт)는 ‘포보스의 땅’이나 ‘포보스의 흙’을 의미하는데요, ‘포보스’는 원래 소행성이었는데 오래 전 화성 인력에 끌려 주위를 공전하는 달이 됐다고 알려져 있습니다. 참고로, ‘그룬트’는 땅과 흙(토양)에 해당하는 ‘ground’ 혹은 ‘soil’을 뜻한다고 합니다. 포보스-그룬트 탐사선은 화성 위성인 포보스의 흙을 채취, 귀환캡슐에 담아 지구로 돌아오는 것이 주 임무였기 때문에 이런 이름이 붙었습니다.

포보스-그룬트 탐사선 형상(출처:ROSCOSMOS)


러시아연방우주청(ROSCOSMOS)은 탐사선을 화성궤도에 진입시키기 위해 여러 차례 연료분사를 시도 했지만, 모두 실패로 돌아갔습니다.

당초 계획됐던 포보스-그룬트의 궤도 (출처:CNES)

계속된 시도에도 불구하고, 포보스-그룬트가 화성궤도 진입에 실패하자 러시아연방우주청은 포보스-그룬트의 임무 실패를 공식 발표하기에 이르렀는데요, 현재 포보스-그룬트는 지구 저궤도를 공전하고 있으며, 오는 15일경 지구대기에 재진입할 것으로 보입니다. 물론 몸체는 대기권에 진입하면서 타버리겠지만 약 2~30조각의 파편(총 중량 200kg 이하)이 지표면에 도달할 것으로 예측되면서 전세계 각국이 예의주시하고 있습니다.

우리나라로 추락할 확률은 40만 분의 1, 거주 지역에 떨어질 가능성은 더 낮다고 하는데요, 박장현 한국천문연구원 우주감시사업센터장은 우리나라 도시 지역에 떨어질 가능성이 약 백만 분의 1 정도로 추정된다고 밝혔습니다.

2012년 1월 11일 09시 00분 00초(KST) 위성의 위치와 지상궤적

한편, 파편이 떨어지는 정확한 시점과 위치는 탐사선이 대기권에 완전히 진입한 후에 알 수 있는데다가, 탐사선에 독성물질과 방사성물질이 실려 있는 것으로 알려져 한때 불안감이 확산되기도 했으나 러시아연방우주청에서는 방사성 물질 ‘코발트-57’의 양이 10 마이크로그램을 넘지 않기 때문에 방사능 오염 위험은 없으며, 독성물질 '하이드라진' 역시 대기권 진입 과정에서 연소되어 인체엔 별 영향은 없을 것이라고 강조했습니다.

포보스-그룬트의 임무

포보스-그룬트는 러시아연방우주청 주관으로 NPO 라보슈킨(NPO Lavochkin)과 러시아우주연구소(Russian Space Research Institute)가 공동 개발한 화성위성 탐사선인데요, 포보스-그룬트는 마스 96(Mars 96)이 실패한 뒤 러시아가 주도한 첫 행성탐사 임무였습니다.
(러시아가 성공적으로 끝낸 마지막 태양계탐사 임무는 1985-1986년 핼리혜성에 접근한 베가 2(Vega 2)였으며 그 이후, 러시아는 1988-1989년 포보스 2(Phobos 2) 임무를 통해 부분적인 성공을 거두었습니다.)

NASA의 바이킹 탐사선 영상을 이용해 제작한 포보스의 사진지도(출처:NASA)

포보스-그룬트는 1976년 루나 24 이후 처음 외계 물질을 채취해 지구로 귀환하는, 러시아 입장에서는 무척 중요한 임무를 가지고 있었습니다. 귀환캡슐은 2014년 8월, 포보스의 표토 200g을 싣고 지구에 도착할 예정이지만 결국 실패로 돌아갔습니다.

현재 교육과학기술부와 국방부는 위성추락으로 인한 비상사태 발생에 대비하여 한국천문연구원, 한국항공우주연구원과 공동으로 추락 예정일 1주 전인 지난 1월 9일부터 천문연구원 내에 상황실을 설치하고 추락상황 분석 및 대응체계를 구축하고 있습니다.
한국항공우주연구원과 공군은 국제협력체계를 활용하여 관련정보를 수집하고, 한국천문연구원은 수집된 정보를 바탕으로 포보스-그룬트의 궤도와 한반도 통과시각, 추락시각 및 장소 등 위성추락상황을 종합 분석하여 관계부처 및 기관에 전파하고 있으며, 위성추락상황을 상황이 종료될 때까지 인터넷과 트위터를 통해 시시각각으로 공개할 예정이라고 합니다.

인터넷 : event.kasi.re.kr(천문연), www.kari.re.kr (항우연)
    트위터 : @kasi_news(천문연), @mest4u(교과부) 

최근 우주물체의 지구 대기권 진입사례가 증가하고 있는데요, 한국천문연구원은 ‘우주물체 전자광학 감시체계 기술개발사업(사업책임자 : 박장현 박사)’을 추진 중이며, 한국항공우주연구원에서는 국가위성을 우주파편으로부터 보호하기 위한 시스템을 개발 중이라고 하니 너무 걱정하지 않으셔도 될 것 같습니다.


2012년 1월 12일 03시 11분 48초부터 106초간의 Phobos-Grunt위성궤적
(대전 천문연구원 대덕관측소 기준 북서쪽에서 남동쪽으로 이동, 최대고도각 32도)


포보스-그룬트 탐사선에 대한 자세한 정보와 추락상황은 http://event.kasi.re.kr 를 참고하시길 바랍니다.

포보스-그룬트를 로켓 상단에 조립하는 장면 (출처:ROSCOSMOS)

발사장으로 이동하는 제니트 로켓 (출처:ROSCOSMOS)

포보스-그룬트 발사장면 (출처:ROSCOSMOS)


 

자료 및 사진 제공 : 한국천문연구원(http://www.kasi.re.kr/)

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