프로메테우스 계획
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1. 개요
프로메테우스 계획은 태양계 외행성 탐사를 위해 NASA가 추진했던 계획으로, 소형 원자로를 주요 동력원으로 사용하여 기존의 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG) 방식의 한계를 극복하고자 했다. 이 계획은 핵 전기 로켓 기술을 중심으로, 원자로를 통해 얻은 전력으로 이온 엔진을 구동하는 우주선 개발을 목표로 했다. 목성 얼음 위성 궤도선(JIMO)을 포함한 여러 임무가 계획되었으나, 높은 비용과 복잡성으로 인해 2006년 예산에서 자금 지원이 중단되었다.
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| 프로메테우스 계획 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 프로젝트 명칭 | 프로메테우스 계획 |
| 다른 명칭 | 핵 추진 계획 |
| 목표 | 핵 동력 시스템 개발 및 활용 |
| 주관 기관 | NASA |
| 기간 | 2003년 - 2006년 |
| 이전 명칭 | 우주 핵 이니셔티브 (Space Nuclear Initiative, SNI) |
| 후속 계획 | 핵 동력 시스템 (Nuclear Power Systems, NPS) |
| 목적 | |
| 주요 목표 | 외행성 탐사 능력 향상 인간의 화성 탐사 가능성 증대 |
| 세부 목표 | 고출력 핵 동력 시스템 개발 핵 전기 추진 기술 개발 과학 탐사 임무 수행 |
| 추진 기술 | |
| 주요 기술 | 핵 전기 추진 (Nuclear Electric Propulsion, NEP) 핵 열 추진 (Nuclear Thermal Propulsion, NTP) |
| 핵 전기 추진 (NEP) | 원자로에서 생성된 열에너지로 전기를 생산, 이온 엔진 구동 장기간, 고효율 심우주 탐사에 적합 |
| 핵 열 추진 (NTP) | 원자로에서 생성된 열로 추진체를 가열, 고속 분사 단기간 우주 탐사에 적합 |
| 임무 | |
| 계획된 임무 | 목성의 유로파 탐사 기타 외행성 및 심우주 탐사 |
| 취소된 임무 | 유로파 궤도선 (Europa Orbiter) |
| 예산 | |
| 총 예산 | 약 30억 달러 |
| 2003년 | 1억 달러 |
| 2004년 | 4억 8천만 달러 |
| 2005년 | 4억 3천만 달러 |
| 취소 | |
| 취소 사유 | 예산 부족 우선순위 변경 기술적 어려움 |
| 영향 | NASA의 핵 동력 시스템 개발 계획 축소 |
| 관련 계획 | |
| 핵 동력 시스템 (NPS) | 프로메테우스 계획의 후속 계획 |
| 기타 | |
| 참고 문헌 | NASA의 "핵 옵션", 인간의 화성 탐사에 중요할 수도 - Scientific American Launching Science: Science Opportunities Provided by NASA's Constellation System - The National Academies Press (2009) 프로메테우스 계획 최종 보고서 - NASA/JPL (2005년 10월 1일) |
2. 명칭
원래 이름은 "Nuclear Systems Initiative"였다. 프로메테우스 계획이라는 이름은 그리스 신화에 등장하는 티탄 중 가장 현명하며, 인류에게 불을 선사했다고 전해지는 프로메테우스에서 유래했다. NASA는 프로메테우스라는 이름에 자연을 이해하고, 태양계의 장기 탐사를 가능하게 하는 새로운 도구를 확립하려는 희망이 담겨 있다고 말한다.[1]
프로메테우스 계획은 기존 외행성 탐사의 한계를 극복하고, 핵분열 에너지를 활용하여 더 효율적인 탐사를 수행하기 위한 목적을 가지고 있었다.
3. 목적
기존 탐사 방식은 태양 에너지를 활용하기 어려워 탐사 기간 및 기능이 제한적이었다. 프로메테우스 계획은 원자로를 통해 이러한 문제점을 해결하고, 다음과 같은 장점을 확보하고자 했다.[3]3. 1. 기존 탐사 방식의 한계
태양계의 외행성 탐사는 태양에서 멀리 떨어져 있기 때문에 탑재 기기와 이온 엔진을 가동하는 태양 전지가 작동하지 않아 매우 제한적이었다.[1] 보이저 계획과 갈릴레오와 같은 이전의 외부 행성 탐사에서는 원자력 전지가 사용되었다.[1] 방사성 동위원소의 자연 붕괴에 의한 열을 이용하는 이전과는 달리, 프로메테우스 계획은 작은 원자로를 주요 동력원으로 이용하는 계획이다.[1]
태양과의 거리 때문에 외행성을 탐사하는 우주선은 탑재된 장비나 이온 추진 시스템에 사용할 전력 에너지를 태양광 발전을 통해 얻을 수 없다는 심각한 제약을 받는다.[2] 보이저와 갈릴레오 탐사선과 같은 과거 외행성 탐사 임무는 주요 전력원으로 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)에 의존했다.[2]
프로메테우스 계획은 RTG에 비해 다음과 같은 장점을 가진다.[3]3. 2. 핵분열 에너지의 활용
태양계의 외행성 탐사는 태양에서 멀리 떨어져 있어 탑재 기기와 이온 엔진을 작동시키는 태양 전지가 작동하지 않아 극히 제한적이었다. 보이저 계획과 갈릴레오와 같은 이전의 외부 행성 탐사에서는 원자력 전지가 사용되고 있었다. 방사성 동위원소의 자연 붕괴에 의한 열을 이용하는 이전과는 달리, 프로메테우스 계획은 작은 원자로를 주요 동력원으로 이용하는 계획이다.
태양과의 거리 때문에 외행성을 탐사하는 우주선은 탑재된 장비나 이온 추진 시스템에 사용할 전력 에너지를 태양광 발전을 통해 얻을 수 없다는 심각한 제약을 받는다. 보이저와 갈릴레오 탐사선과 같은 과거 외행성 탐사 임무는 주요 전력원으로 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)에 의존했다. 방사성 동위원소의 자연 붕괴로 발생하는 열에 의존하는 RTG와 달리, 프로메테우스 계획은 주요 전력원으로 소형 원자로를 사용할 것을 요구했다.
프로메테우스 계획의 주요 장점은 다음과 같았을 것이다.
4. 기술
프로메테우스 계획은 핵 전기 로켓 개발에 초점을 맞추었다.[4] 이 로켓은 브레이턴 사이클 터보 교류 발전기를 통해 생산된 전력으로 이온 엔진을 작동시키는 방식으로 추진되었다.[4] 핵 열 추진(NERVA)에 대한 연구는 진행되지 않았다. NASA의 프로메테우스 원자로는 2004년 8월 미국 에너지부 해군 원자로 사무소와의 협정에 따라 워싱턴 D.C.에 건설될 예정이었으며, 우주선의 추진 및 기기에 의 전력을 공급할 계획이었다.[5][1]
4. 1. 핵 전기 로켓
핵 전기 로켓으로 구동되는 우주선의 개발이 진행되었다. 전력 생산을 위해 브레이턴 사이클 터보 교류 발전기가 선정되었다.[4] 이 전력은 이온 엔진을 작동시키는 데 사용될 예정이었다. 핵 열 추진(NERVA)에 대한 연구나 추구는 이루어지지 않았다.NASA의 프로메테우스 원자로는 2004년 8월에 체결된 협정에 따라 미국 에너지부 해군 원자로 사무소에서 워싱턴 D.C.에 건설될 예정이었다.[5] 원자로는 우주선의 추진 및 기기에 의 전력을 공급할 예정이었다.[1]
4. 2. 원자로 개발
프로메테우스 계획은 핵 전기 로켓에 중점을 두었다.[4]전력을 생산하기 위해 핵 전기 로켓으로 구동되는 우주선의 개발이 진행되었다. 전력 생산을 위해 브레이턴 사이클 터보 교류 발전기가 선정되었다.[4] 이 전력은 이후 이온 엔진을 작동시키는 데 사용될 예정이었다. 핵 열 추진 (예: NERVA)에 대한 연구나 추구는 이루어지지 않았다.
NASA의 프로메테우스 원자로는 2004년 8월에 체결된 협정에 따라 미국 에너지부 해군 원자로 사무소에서 워싱턴 D.C.에 건설될 예정이었다.[5] 원자로는 우주선의 추진 및 기기에 의 전력을 공급할 예정이었다.[1]
5. 협력
프로젝트는 제트 추진 연구소(JPL)에서 관리했다.[5] 우주선 설계 계약은 보잉(Boeing), 록히드 마틴(Lockheed Martin), 노스롭 그러먼(Northrop Grumman)에 수여되었다.[4]
미국 에너지부(DOE)는 프로메테우스 계획에 상당 부분 참여할 예정이었다. 해군 원자로(Naval Reactors)는 미 해군의 핵원자로 프로그램을 감독하며, 목성 얼음 위성 탐사선(JIMO)용 원자로 설계 및 제작에 참여할 예정이었다. 뉴욕주 스케넥터디에 있는 놀스 원자력 연구소(Knolls Atomic Power Laboratory), 펜실베이니아주 피츠버그에 있는 베티스 연구소(Bettis Laboratory) 외에도 다른 지원 미국 에너지부 국립 연구소가 프로메테우스 협력에 참여했다.[5]
2004년 9월, JPL은 노스롭 그러먼 우주 기술(Northrop Grumman)을 선정하여 계획된 프로메테우스 우주선을 공동 설계하도록 했다. 수주된 계약 규모는 4억달러였다.[5]
6. 임무
프로메테우스 핵 시스템 및 기술과 관련된 임무 계획에는 목성 얼음 위성 궤도선과 유로파, 가니메데, 칼리스토 등 목성 위성 탐사가 포함되었다.
6. 1. 목성 얼음 위성 궤도선 (JIMO)
목성 얼음 위성 궤도선(JIMO)은 유로파, 가니메데, 칼리스토 등 목성의 위성을 탐사하기 위한 궤도선이었다. 원래 프로메테우스 계획의 첫 번째 임무로 계획되었으나, 너무 복잡하고 비용이 많이 든다는 판단으로 2006년 예산에서 자금 지원이 중단되었다.[1] NASA는 원자로 및 열 제거 시스템을 테스트하기 위해 지구에 더 가까운 목표물을 대상으로 하는 시범 임무를 고려했으며, 우주선의 크기를 원래 크기에서 축소하는 방안을 고려했다.[1]
참조
[1]
웹사이트
NASA's "Nuclear Option" May Be Crucial for Getting Humans to Mars
https://www.scientif[...]
2023-01-04
[2]
서적
Launching Science: Science Opportunities Provided by NASA's Constellation System
https://books.google[...]
The National Academies Press
[3]
간행물
Prometheus Project Final Report
NASA/JPL
2005-10-01
[4]
웹사이트
982-R120461, PROMETHEUS PROJECT FINAL REPORT
http://www.everyspec[...]
2005-10-01
[5]
웹사이트
NASA's Prometheus: Fire, Smoke And Mirrors
https://www.space.co[...]
2005-04-06
[6]
서적
Launching Science: Science Opportunities Provided by NASA's Constellation System
https://books.google[...]
The National Academies Press
2010-02-14
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