미국은 왜 달에 원자로를 건설하려고 할까요?

미국 항공우주국(NASA)은 숀 더피 국장 대행의 새로운 지시에 따라 달에 100킬로와트 원자력 발전소를 건설하는 계획을 가속화하고 있습니다.

이 계획은 수십 년 동안 꿈꿔왔던 우주에서의 핵 에너지 배치를 다시 시도하는 것으로, 미국에 새로운 역량을 제공하는 동시에 지구 밖 자원과 환경의 사용을 규제하는 법적 규칙에 도전하는 조치입니다.

"먼저 달에 도착하는 사람이 누구든 출입 금지 구역을 선포할 수 있다고 생각합니다. 그렇게 되면 미국이 충분히 일찍 달에 도착하지 않으면 아르테미스 프로그램을 통해 달에 주둔지를 구축하는 데 상당한 제약이 생길 것입니다." 더피는 NASA의 아르테미스 프로그램을 언급하며 이렇게 말했습니다. 아르테미스 프로그램은 향후 몇 년 안에 미국인을 다시 달에 보내는 것을 목표로 하고 있습니다.

새로운 지침은 달 남극에 100킬로와트(kW)급 원자로를 설계, 발사, 설치하는 5개년 계획을 담고 있습니다. NASA 프로그램은 상업 파트너들과 협력할 것입니다.

비교를 위해 100kW는 미국 가정 약 80가구에 전력을 공급할 수 있습니다. 비록 규모는 작지만, 화성 탐사선이나 다른 우주선에 전력을 공급하는 기본 원자력 발전기에 비하면 엄청난 발전량입니다. 이러한 원자로는 토스터 오븐이나 강력한 할로겐 전구와 거의 같은 수백 와트의 전력을 생산합니다.

NASA 기술 및 정책 전략국장 대행을 지낸 바비아 랄은 이 새로운 프로젝트가 "달뿐만 아니라 태양계 전체에 획기적인 영향을 미칠 것"이라고 말했습니다. 달에 원자로를 설치하면 우주 산업은 "현재 보유한 전력량에 얽매이지 않고, 우리가 원하는 바에 따라 우주 시스템을 설계할 수 있게 될 것"입니다.

2030년에 원자로를 건설하는 것이 가능할까?

10년 안에 달에 원자력 발전소를 건설하는 것은 엄청난 일이지만, 많은 전문가들은 그것이 가능하다고 믿고 있습니다.

영국 뱅거 대학교의 원자력 미래 연구소 공동 소장인 사이먼 미들버그 교수는 "4년 반은 매우 짧은 기간이지만 기술은 이미 갖춰져 있다"고 말했다.

지금까지 가장 큰 장애물은 기술이 아니라, 지구 외 원자로에 대한 실질적인 필요성 부족이었습니다. 또한 이 계획을 추진하려는 정치적 의지도 있었습니다. 이제 상황이 바뀌고 있습니다.

"우리는 60년 넘게 투자하고 수백억 달러를 썼지만, 미국이 마지막으로 원자로를 우주로 발사한 것은 1965년이었습니다." 랄은 최초의 원자로를 우주로 발사한 SNAP-10A 임무를 언급하며 이렇게 말했습니다. "중요한 전환점은 작년에 있었는데, NASA가 역사상 처음으로 화성 유인 탐사선의 지상 전력 기술로 원자력을 선택했습니다."

"이제 정책이 명확해졌습니다."라고 그녀는 덧붙였다. "중요한 것은 민간 부문이 우주에서 원자력을 사용할 뿐만 아니라, 이를 제공하기도 원한다는 것입니다." 보잉과 록히드 마틴 같은 주요 항공우주 기업과 스타트업들이 현재 지구를 넘어 원자력의 활용 방안을 연구하고 있다고 그녀는 말했다.

아르테미스 프로그램은 달 남극에 영구 기지를 건설하고 인간을 화성에 보낼 기술을 개발하기 위한 기반을 마련하기 위해 설계되었습니다. 어느 쪽이든, 달처럼 혹독한 환경에서 유인 탐사를 하려면 안정적이고 풍부한 전력이 필요합니다. 랄은 "달의 중력과 온도 변화는 극심합니다. 낮에는 섭씨 100도, 밤에는 거의 절대 영도에 가깝습니다. 모든 전자 제품은 내방사능성을 갖춰야 합니다."라고 말했습니다.

한편, 중국은 달 남극에 기지를 건설할 계획입니다. 강대국들은 이 지역에 자원과 얼음이 풍부하여 탐사와 장기 정착에 도움이 될 수 있다는 점에 주목하고 있습니다. 중국은 2035년까지 달 남극에 원자로를 건설하기 위해 러시아와 협상 중이며, 이에 따라 NASA, 국방부 , 에너지부가 경쟁에 뛰어들었습니다.

프로젝트 작동 방식

더피의 지시에는 제안된 원자로의 설계나 크기에 대한 자세한 내용이 많이 공개되지 않았으며, 앞으로 몇 달 안에 어떤 아이디어가 나올지는 불분명합니다.

워싱턴 주재 NASA 대변인 베서니 스티븐스는 Wired에 보낸 이메일에서 "아르테미스 프로그램을 통해 미국의 달 표면 경쟁력과 리더십을 강화하기 위해 NASA는 표면 핵분열 기술을 빠르게 개발하고 있습니다."라고 밝혔습니다. NASA는 이 프로젝트를 관리할 새로운 프로그램 관리자를 임명하고 60일 이내에 기업들에게 제안 요청서를 발송할 예정입니다. 또한, NASA는 가까운 시일 내에 더 자세한 내용을 발표할 예정입니다.

새로운 지침은 Lal과 항공우주 엔지니어 Roger Myers가 공동 집필한 우주 핵 에너지에 대한 최근 보고서의 결과를 반영한 것으로, 2030년까지 달에 100킬로와트 원자로를 건설하는 것을 목표로 하는 "Go Big or Go Home" 계획을 개략적으로 설명합니다.

랄은 100kW 설계가 "성체 아프리카 코끼리 두 마리와 농구장 크기의 접이식 우산을 우주로 발사하는 것과 같다"고 말합니다. 차이점은 "이 코끼리들은 열을 방출하는 반면, 우산은 태양을 차단하는 것이 아니라 열을 우주로 방출하는 역할을 한다"는 것입니다.

NASA는 2020년에 시작된 표면 핵분열 프로젝트(Surface Fission Project)에서 영감을 받았을 가능성이 있습니다. 이 프로젝트는 달에 자율적으로 배치될 수 있는 40kW 원자로를 개발한다는 목표로 시작되었습니다. 100kW 원자로 건설 계약을 어느 회사가 따낼지는 아직 확실하지 않지만, 40kW 버전에는 Aerojet Rocketdyne, Boeing, Lockheed Martin 등 여러 기업이 참여했습니다. 또한, 원자력 회사 BWXT, Westinghouse, X-Energy, 엔지니어링 회사 Creare, 그리고 우주 기술 회사 Intuitive Machines와 Maxar도 참여했습니다.

40kW 프로젝트에서 참여 기업들은 최대 중량 요건인 6톤을 충족하지 못했습니다. 그러나 더피의 새로운 지침은 원자로를 최대 15톤의 화물을 운반할 수 있는 대형 상륙정으로 운반할 것을 전제로 합니다.

100kW급 원자로, 우라늄 연료, 냉각 시스템 및 기타 구성품은 여러 차례의 발사와 착륙을 통해 달로 운반될 수 있습니다. 이 발전소는 사고 발생 시 오염을 방지하기 위해 운석 충돌 분화구나 심지어 달 표면 아래에 위치할 수도 있습니다.

이탈리아 토리노 공과대학교의 항공우주공학자 카를로 조반니 페로는 와이어드와의 인터뷰에서 "달에서 용광로를 가동하는 것은 기술적으로 어려울 것입니다."라고 말했습니다. "달에는 대기가 없기 때문에 지구의 공기 흐름만으로는 열을 발산할 수 없습니다."

또한, 지구의 6분의 1에 불과한 달의 중력은 유체 역학과 열 전달에도 영향을 미치고, 레골리스(달 표면을 덮고 있는 먼지와 파편)는 냉각 시스템 및 기타 구성 요소에 영향을 미칠 수 있습니다. 그는 전반적으로 NASA의 계획이 실현 가능하지만 여전히 매우 야심적이라고 말했습니다.

위험과 이점

모든 핵 기술에는 엄격한 안전 규정이 적용됩니다. 지구 밖에서 발사되어 외계 환경에 착륙하는 시스템의 경우, 그 요건은 더욱 엄격합니다.

전문가들에 따르면, 발생할 수 있는 모든 문제에 대한 해결책을 찾는 것이 최선의 선택은 아닙니다. 오히려 설계 단계부터 문제를 예방할 수 있는지 여부를 고민해야 합니다.

NASA, 중국, 또는 다른 어떤 기관이든 달에 원자로를 배치하려면 모든 단계에서 높은 기준을 충족해야 합니다. 예를 들어, 우라늄 연료는 부스터가 고장 날 경우 누출을 방지하기 위해 견고한 보호막으로 감싸질 가능성이 높습니다.

탄탄한 안전 전략 외에도, 달에 원자력을 배치하려는 경쟁은 우주 법과 정책에 새로운 선례를 만들 것입니다. 어느 국가나 기관이 먼저 달에 도착하든 안전 및 보안상의 이유로 "출입 금지 구역"을 설정할 가능성이 높습니다. 이 구역은 수 제곱킬로미터에 달할 수 있어 경쟁자가 가까이 접근하는 것을 막을 수 있습니다.

우주에서의 원자력 발전은 여러 세대의 꿈이었습니다. 하지만 이제 전문가들은 그 시대가 왔다고 믿습니다. 지구 밖에서도 원자력 발전소가 보편화된다면, 인류의 우주 탐사 및 개발 능력은 크게 향상될 것입니다.

"그런 힘을 이용하면 달과 화성에 영구적인 지상 기반 시설을 건설할 수 있습니다. 산소, 물, 그리고 인간이 살기 위한 연료를 얻기 위한 자원 추출 시스템을 운영할 수 있습니다. 단순히 생존을 위한 것이 아니라 편안하게 살기 위한 것입니다."라고 랄은 말했습니다. "전력 소비 때문에 레이더부터 지진계까지, 장비를 소형화하지 않고도 대규모 과학 연구를 수행할 수 있습니다. 이것이 태양계로 향하는 문을 여는 기반이 됩니다. 그리고 그것이 제가 정말 기대하는 부분입니다."

달에 원자로를 최초로 성공적으로 배치하는 국가는 미래를 형성하는 데 중요한 영향을 미칠 것이며, 잠재적 경쟁국들은 모두 경쟁에 박차를 가하고 있습니다. 따라서 새로운 우주 경쟁은 누가 먼저 달에 도착하느냐가 아니라, 누가 더 오래 머물 수 있느냐에 달려 있습니다.

(베트남+)

출처: https://www.vietnamplus.vn/vi-sao-my-muon-xay-dung-lo-phan-ung-hat-nhan-tren-mat-trang-post1053975.vnp