Others 플라즈마와 비행기에 미쳤거든여....^ _ ^ ;

2004.06.25 12:48

관리자 조회 수:15463 추천:274

질문 ::

안녕하세여
저는 공군기술고등학교에 다니는 학생입니다.
아시는 분도 있겠지만 우리 학교에서는 여러가지 비행기 정비에 대해
배우죠.. 그래서 비행기에 미쳤답니다.^^
그런데 말이죠 어느날 책을 보다가 미래에는 플라즈마를 이용한 엔진을
사용한 항공기가 나올거라는 것을 보게되었습니다. 솔직히 플라즈마에
대한 것은 조금 밖엔 모르죠... 사전을 찾아보니까 자세히는 나오지
않았고 그냥 원자가 쪼개질 때 생기는 가스라더군요...
플라즈마라는 것을 이용해서 엔진도 사용할 수 있는 건가여?


답변 ::

이미 수차례 설명을 실시한 상태입니다. 또한 핵융합에 대해서도
설명되어 있습니다. 찾아 보기 바랍니다.

우주선 추진체로써 핵융합 엔진을 사용한다는 연구계획이 있습니다.
이 계획은 우주 공간내에 있는 수소를 받아 드려 헬륨이 만들어지는
핵융합 반응으로 만들어지는 헬륨을 분사시키고 혹은 이때 나오는
에너지를 이용하여 플라즈마를 분사시킴으로서 우주선의 동력으로
활용할 수 있다는 생각입니다. 플라즈마 분사는 JxB drift라는 방법으로
하전입자가 자기장에서 흐름을 형성하는데 이 흐름이 생기면 반발력으로
우주선이 추진되는 현상입니다. 이때 연료로 사용되는 수소는
우주에 많이 있어 우주선에는 특별하게 연료통을 따로 갖고 다닐
필요가 없어 우주선이 어디를 가더라도 연료걱정과 에너지 걱정을
덜 해도 된다는 이상적인 추진체라 할 수 있습니다. 하지만 현재의
기술로는 추진체를 형성하기에 적합한 고열에 견디는 재질을 만든다던가
혹은 핵융합을 효율적으로 조절한다든가의 기술적인 어려움이 극복되지
않은 상태임으로 이런 기초적인 연구에서 좋은 결과가 먼저 있어야
합니다.

추가 답변 ::

현재 사용되고 있는 로켓은 연료에 산소를 혼합한 추진제를 사용하고 있습니다. 로켓 추진에 이처럼 화학반응을 이용한 연구는 이미 상당한 수준에 이르렀으며 더 이상의 연구가 무색할 정도의 단계에 와 있다고 해도 과언이 아닐 것입니다. 따라서 앞으로의 로켓 연구는 과거의 연구와 전혀 다른 새로운 개념에서 시작됩니다. 바로 원자력 로켓이 그것입니다.
  현재 연구되고 있는 원자력을 이용한 로켓에는 핵분열을 이용한 로켓과 핵융합을 이용한 로켓, 그리고 광자로켓이 있습니다. 원자력 로켓은 화학반응을 일으키는 추진제 대신에 핵반응을 이용하는 로켓으로서, 원자폭탄을 일초에 한 개씩 폭발시켜 우주선을 추진시킨다는 대담한 발상입니다. 이는 원자폭탄을 쓰면 12800km/sec로 초고속 추진을 할 수 있다는 데에서 비롯되었습니다. 이 속도는 시속으로 계산하면 4600 만 km이상이 되며, 이는 지구로부터 58억km 떨어진 명왕성에 일주일이면 도달할 수 있는 속도입니다. 하지만 원자폭탄의 사용은 많은 문제를 안고 있습니다. 아무리 넓은 우주공간이지만 원자폭탄을 일초에 한 개씩 폭발시키며 우주선을 띄운다는 것은 생각만 해도 엄청난 위험이 따르겠지요. 사실 미국에서는 이미 1950년대에 <오리온 계획>이라는 이름 하에 원폭 로켓의 개발 계획을 진행하였습니다. 실제로 국가기밀 하에 사막에서 원폭 엔진의 테스트실험에 성공하였지만 실제 우주선에서는 조금이라도 방사능 누출 같은 사고가 생기면 다른 문제는 차지하고라도 승무원들은 방사능 피해를 입게 됩니다. 또한 발사 후 궤도에 진입하기 전 지구의 어느 곳에 떨어질지 모르는 그 핵 폭탄은 마치 핵미사일이 목표 지점으로 떨어지는 것과 다를 바가 없을 것입니다. 사실상 1963년 핵 실험 금지 조약에 소련과 미국의 협약으로 <오리온 계획>은 중단되었습니다. 현재는 우주천체 조약에 의해 핵을 싣고 우주로 나가지 못하게 되었습니다. 아무튼  핵 폭탄을 이용한 로켓은 보다 많은 연구를 필요로 합니다.
  핵융합을 이용한 로켓은 핵융합 반응에서 나오는 플라즈마에 의하여 로켓이 추진하는 것입니다. 이론상으로는 시속 1억 6천만 km이상의 출력이 나오는데, 이는 빛의 15%에 해당하는 속도로서  초고속으로 우주여행을 할 수 있는 것입니다. 단지 핵융합이 발생하는 반응로 중심의 온도가 수백만 도에 이르기 때문에 이 온도를 견딜 수 있는 용기가 개발이 된다면 가능할 것입니다. 따라서 핵융합의 이용은 이처럼 고온이 아니면 융합이 일어나지 않으므로 초고속 로켓의 실현을 위해서는 이에 맞는 용기의 연구도 함께 이루어져야 할 것입니다. 또한 반응로 만큼이나 핵융합이 일어날 공간도 필요함으로 로켓의 무게와 부피 커져야 하는 어려운 점이 있습니다. 하지만 우주는 무중력 상태이기 때문에 우주에서 로켓을 조립하는 경우에는 로켓의 크기가 커지는 것은 큰 문제가 아닐 수도 있을 것입니다.
  또 하나의 원대한 우주에 도전하는 로켓은 광자(光子)로켓입니다. 초고속 광자를 추진력으로 해서 광원(光源)에서 발하는 빛을 큰 포물경 형태의 겨울에 반사하여 추진시키는 이론입니다. 이 이론은 독일의 로켓 공학자인 젠가에 의하여 1953년에 고안되었습니다. 광자는 그 속도가 빛과 다를 바가 없습니다. 빛이 압력을 가지고 있다는 것은 태양을 향한 헬리 혜성이 그 꼬리를 후방으로 향하고 있는 것을 보면 알 수 있습니다. 이 광자 로켓의 속도는 30만 km/sec로 광속에 거의 99%의 속도가 가능합니다. 따라서 광자로켓이 성공하여 우주선을 발사할 수 있다면 우주선 안의 승무원들은 상대성 원리에 따라 거의 나이를 먹지 않으며 우주를 여행할 수 있는 행운도 얻을 수 있을지도 모릅니다. 이 로켓도 어려운 점을 갖고 있는데, 엄청난 추진력을 가진 광원을 만드는 문제와 빛을 반사하는 거울의 반사율을 계속해서 100 %에 가깝게 유지해야 하는 것입니다. 하지만 일반적으로 거울은 빛의 반사율이 95%이며 이중 5% 정도의 빛 에너지는 거울자체에 흡수되어 열에너지로 남아 빛의 양이 많아지면 반사경 자체가 녹아버리게 되는 문제를 갖고 있습니다. 이상의 열거 된 차세대 로켓은 밝혀진 문제점들을 확실히 알고 있는 만큼, 적절한 해답을 얻기 위해 많은 연구가 진행되어 로켓의 발전이 진일보 할 수 있기를 기대해 봅니다

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