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Jul 01, 2023

타이탄 드래곤플라이에 퓨전 엔진이 있다면 어떨까요?

4년 남짓 후에 NASA의 드래곤플라이(Dragonfly) 임무가 우주로 발사될 예정입니다.

4년 남짓 후에 NASA의 드래곤플라이 임무는 우주로 발사되어 토성의 가장 큰 달인 타이탄을 향한 긴 여행을 시작할 것입니다. 뉴 프론티어 프로그램의 일환으로 이 쿼드콥터는 타이탄의 대기, 표면 및 메탄 호수를 탐색하여 생명체의 징후(생체 특징이라고도 함)를 찾아냅니다. 이는 2034년에 시작되어 3년 3개월 반 동안 지속되는 과학 단계입니다. 로봇 탐험가는 수명을 보장하기 위해 다중 임무 방사성 동위원소 열 발생기(MMRTG)인 핵 배터리에 의존합니다.

하지만 드래곤플라이에 차세대 핵융합 발전 시스템이 탑재된다면 어떨까요? 최근 임무 연구 논문에서 프린스턴 위성 시스템(Princeton Satellite Systems) 연구진은 DFD(Direct Fusion Drive)가 타이탄에 대한 임무를 크게 향상시킬 수 있는 방법을 시연했습니다. 뉴저지에 본사를 둔 이 항공우주 회사는 PFRC(Princeton Field-Reversed Configuration)를 기반으로 하는 융합 시스템을 개발하고 있습니다. 이 연구는 지구상의 빠른 이동, 장기간의 임무 및 소형 원자로로 이어질 수 있는 소형 핵융합로로 이어질 수 있습니다.

연구팀은 프린스턴 위성 시스템(PSS)의 사장이자 우주 시스템 및 상업용 우주 산업 분야에서 오랜 경험을 보유한 항공 및 우주 엔지니어인 Michael Paluszek이 이끌었습니다. 그는 PSS, 프린스턴 플라즈마 물리학 연구소(PPPL), Wright-Patterson AFB의 공군 기술 연구소, 프린스턴 및 스탠포드 대학의 여러 동료와 합류했습니다. 그들의 임무 연구인 "핵융합 동력의 타이탄 항공기"는 최근 Acta Astronautica에 게재되었습니다.

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핵 추진의 개념은 NASA와 소련 우주 프로그램이 지구-달 시스템 너머의 미래 임무에 전력을 공급하기 위해 원자로를 개발하려고 했던 초기 우주 시대로 거슬러 올라갑니다. 1964년에서 1969년 사이에 그들의 노력으로 인해 고농축 우라늄(235U)의 느린 붕괴에 의존하여 핵열 추진 장치(NTP)에 전력을 공급하는 고체 노심 원자로인 로켓 차량 응용을 위한 핵 엔진(NERVA)이 탄생했습니다. 또는 원자력 전기 추진(NEP) 시스템.

전자는 중수소(2H)와 액체산소(LOX) 추진제를 가열하는 원자로에 의존하며, 이 추진제는 노즐을 통해 분사되어 추력을 생성합니다. 후자는 추력을 위해 노즐을 통해 전달되는 불활성 가스(예: 크세논)를 이온화하기 위해 전자기장에 의존하는 홀 효과 추진기 또는 이온 엔진에 전기를 제공하는 반응기와 관련됩니다. 이러한 전통적인 핵 엔진과 달리 DFD(직접 핵융합 구동)에는 행성 간 우주선을 위한 추력과 전력을 모두 생산하는 핵융합 로켓 엔진이 필요합니다.

이전 연구에서 국제 연구팀은 2MW DFD를 장착한 우주선이 2.6년(~31개월) 이내에 1000kg(2200lbs)의 페이로드를 타이탄으로 운반할 수 있는 방법을 제안했습니다. 이는 Dragonfly 임무의 질량의 두 배 이상입니다. 이는 (상대적으로 말하면) 깃털처럼 가벼운 450kg(990lbs)입니다. 2.6년의 이동 시간은 드래곤플라이의 우주선이 타이탄에 도달하는 데 걸리는 7년보다 훨씬 짧습니다.

논문에서 Paluszek과 그의 동료들은 이 작업을 페이로드로 항공기를 포함하도록 확장하여 수년간 타이탄의 대기와 표면을 탐색했습니다. Dragonfly의 쿼드콥터 디자인과 달리 Titan 항공기는 고정익 로봇 탐험가가 될 것입니다. Paluszek이 이메일을 통해 Universe Today에 말한 것처럼, 이 우주선 개념의 핵심은 PPPL 연구원들이 개발한 PFRC 원자로 개념입니다.

"프린스턴 필드 역 구성은 안테나에 의해 생성된 필드가 자기 거울 내의 필드 라인을 닫는 자기 토폴로지입니다. 안테나는 회전 자기장(RMF)이라고 불리는 것을 생성합니다. 융합은 이 폐쇄 필드 영역에서 발생합니다. 주어진 임무에 대해 최고의 배기 속도와 추력을 가진 배기 스트림을 생성하기 위해 핵융합 영역 주변의 추가 저온 플라즈마 스트림입니다.