원자력 추진
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1. 개요
원자력 추진은 원자력의 에너지를 활용하여 물체를 움직이는 기술 전반을 의미한다. 20세기 초 라듐을 이용한 자동차 구상에서 시작되어, 1940~50년대 미국과 소련에서 항공기 및 잠수함 개발 경쟁이 벌어졌다. 원자력 증기 기관, 원자력 전기, 핵열 로켓, 핵 펄스, 핵융합 로켓 등 다양한 종류가 있으며, 잠수함, 항공모함, 우주선 등 다양한 분야에서 활용된다. 최근에는 핵 이성질체 전이 현상을 이용한 원자력 추진 연구와 러시아의 핵 추진 순항 미사일 개발이 진행되고 있으며, NASA는 우주 탐사를 위한 핵 열 로켓 기술 개발을 추진하고 있다.
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| 원자력 추진 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 추진 방식 |
| 정의 | 핵분열 또는 핵융합 반응을 이용하여 추진력을 얻는 방식 |
| 역사 | |
| 초기 연구 | 2차 세계 대전 중 맨해튼 계획의 부산물로 시작 원자력의 잠재적 군사적 응용에 대한 관심 증가 |
| 아이젠하워 대통령 | 원자력의 평화적 이용 추구 |
| 최초의 원자력 잠수함 | USS 노틸러스 (1955년): 원자력 추진의 실질적 가능성 입증 |
| 원자력 선박 | 민간 상업용으로 개발 시도, 경제성 문제로 널리 채택되지 못함 |
| 소련의 개발 | 군사적 목적 외에 민간용 쇄빙선 개발 (예: 레닌) |
| 작동 원리 | |
| 기본 원리 | 핵반응으로 발생한 열을 이용하여 작동 유체를 가열하고, 이를 통해 터빈을 구동하여 추진력 발생 |
| 핵분열 | 원자력의 핵분열 반응: 제어된 연쇄 반응을 통해 막대한 열에너지 생성 감속재와 제어봉을 사용하여 반응 속도 조절 |
| 열교환기 | 핵반응에서 생성된 열을 냉각재를 통해 열교환기로 전달 열교환기에서 물을 증기로 변환시켜 터빈을 구동 |
| 추진력 생성 | 터빈과 연결된 프로펠러나 펌프를 작동시켜 추진력 발생 증기 터빈은 증기의 팽창력을 이용하여 회전 운동을 생성하고, 이를 기계적 에너지로 변환 |
| 장단점 | |
| 장점 | 지속적인 에너지 공급: 연료 재공급 없이 장기간 운행 가능 높은 에너지 밀도: 소량의 연료로도 많은 에너지 생산 대기 오염 물질 배출 감소: 화석 연료에 비해 온실 기체 배출량 적음 |
| 단점 | 높은 초기 비용: 원자로 건설 및 유지 보수 비용 부담 방사능 위험: 사고 발생 시 방사능 누출 가능성 존재 핵확산 우려: 군사적 전용 가능성으로 인한 국제적 감시 필요 폐기물 처리 문제: 방사성 폐기물 처리 및 보관의 어려움 |
| 적용 분야 | |
| 해군 선박 | 항공모함, 잠수함, 순양함 등 군함에 주로 사용 미 해군과 러시아 해군이 주요 운용국 |
| 쇄빙선 | 러시아는 북극 항로 개발을 위해 원자력 쇄빙선 운영 쇄빙선은 두꺼운 얼음을 깨고 항로를 확보하는 데 필수적 |
| 우주 탐사 | 원자력은 장기간 우주 탐사 임무에 적합한 에너지원 방사성 동위 원소 열전 발전기(RTG)는 심우주 탐사선에 전력 공급 |
| 기타 | 원자력 기차, 원자력 항공기 등 연구 개발 단계에 머무르고 있음 |
| 안전 문제 | |
| 원자로 안전 설계 | 다중 안전 장치: 비상 냉각 장치, 격납 용기 등 사고 발생 시 방사능 누출을 최소화하기 위한 설계 |
| 운영 및 유지 보수 | 엄격한 규제와 감독: 국제 원자력 기구(IAEA)의 안전 기준 준수 전문 인력 양성: 원자로 운영 및 관리에 필요한 교육 및 훈련 |
| 폐기물 관리 | 고준위 방사성 폐기물의 안전한 저장 및 처리 기술 개발 사용후 핵연료 재처리 기술 연구 |
| 미래 전망 | |
| 핵융합 | 차세대 에너지원으로 주목, 높은 에너지 효율과 안전성 기대 기술적 난제 극복이 필요 |
| 소형 모듈 원자로 (SMR) | 기존 원자로에 비해 크기가 작고 건설 비용이 저렴 분산형 전원 공급 시스템에 적합 |
| 무인 시스템 | 원자력 추진 무인 잠수함 및 드론 개발 군사적 감시 및 해양 탐사에 활용 가능 |
| 참고 | |
| 관련 용어 | 원자력, 핵분열, 핵융합, 방사능, 원자로 방사성 폐기물, 사용후 핵연료, 소형 모듈 원자로 |
2. 역사
라듐을 이용하는 원자력 자동차에 관한 아이디어는 1903년에 나왔다. 1937년에 나온 개념에 따르면, 운전자에게 투사되는 방사선을 막기 위해 50톤의 납이 필요했다.[56]
원자력 추진은 크게 다음과 같은 종류로 나눌 수 있다.
1941년 칼텍의 R.M.Langer박사는 ''Popular Mechanics''지 1월판에서 우라늄-235를 동력원으로 자동차를 움직이는 아이디어를 지지했다. ''Stout Scarab''의 디자이너이자 ''Society of Engineers''의 전 회장인 William Bushnell Stout는 1945년 8월 7일 ''뉴욕타임즈''에서 Langer박사를 따라 그 아이디어를 지지했다. 그러나 방사선 차폐 문제 때문에 이 아이디어는 실현되기 어려웠다.[57] 1945년 12월, 런던의 John Wilson은 그가 원자력 자동차를 만들었다고 발표하여 많은 관심을 끌었다. 그러나 Wilson은 자동차를 보여주지 못하고 파괴되었다고 주장했다. 그 이후 법원은 그가 사기를 쳤고, 원자력 자동차는 없었다는 사실을 밝혔다.[58][59]
차폐문제에도 불구하고 1940년대와 1950년대 초반을 통틀어 원자력 자동차에 대한 토론은 계속되었다. 원자력 기반 잠수함과 배의 개발과 원자력 비행기 개발 실험 덕분에 원자력 자동차에 대한 관심도 지속될 수 있었다.[25] 1950년대 중반 러시아 언론은 V.P.Romadin교수가 원자력 자동차를 만들었다고 보도했지만 다시 차폐가 문제가 되었다.[60] 그러나 그의 연구실에서 방사선을 흡수하는 합금으로 차폐문제를 풀었다는 주장도 있었다.[61]
1958년 원자력 자동차에 대한 논의는 다시 부상했다. 미국의 :en:Nuclear_propulsion Ford Nucleaon, :en:Packard#Astral Studebaker Packard Astral과 프랑스의 :en:Simca#Fulgur Simca Fulgur[62][63]와
1959년 ''Goodyear Tire and Rubber Company''가 가벼우며 방사선을 흡수하는 고무를 새로 개발하여 무거운 차폐제의 문제를 해결할 수 있도록 했다. 이 사실을 전한 이는 그 고무물질이 원자력 자동차와 비행기를 실현시킬 수 있다고 생각했다.[64]
포드사는 1962년 :en:Seattle_World%27s_Fair 시애틀 국제 박람회에서 Ford Seattle-ite XXI라는 컨셉트카를 제시했다.[65][66] 하지만 이 또한 초기 컨셉트카 이상으로는 나아가지 못했다.
2009년 Loren Kulesus는 토륨을 전원으로 움직이는 캐딜락 컨셉트카의 디자인을 제안했다.
원자력 추진 항공기에 대한 연구는 냉전 시대 동안 미국과 소련에 의해 추진되었는데, 이는 핵폭격기를 매우 오랜 기간 동안 공중에 유지할 수 있게 해주어 핵 억지력에 유용한 전술이기 때문이었다. 두 나라는 모두 실용적인 원자력 항공기를 개발하지 못했다.[1] 해결되지 않은 설계 문제 중 하나는 승무원을 방사선 질환으로부터 보호하기 위한 무거운 차폐의 필요성이었다. 1960년대 ICBM의 출현 이후, 이러한 항공기의 전술적 이점은 크게 줄어들었고 관련 프로젝트는 취소되었다.[1] 원자력 추진 미사일도 같은 기간 동안 연구되었지만, 채택되지 않았다.[1]
미국 공군의 원자력 항공기 계획은 1955년 9월부터 1957년 3월까지 원자력 항공기 NB-36H에 의한 원자력 탑재 전 비행 실험이 47회 실시되었지만, 1961년에는 계획 자체가 폐기되었다. 1950년대 후반부터 1964년 7월까지 플루토 계획으로 원자력 엔진을 탑재한 순항 미사일의 개발이 진행되었다. 대륙간 탄도 미사일 (ICBM)의 발달로 필요성이 없어 중단되었다.
소련도 원자력 항공기를 개발하여, 개조된 Tu-95터보프롭 전략 폭격기에 소형 원자로 "쿠즈네초프 NK-14 원자력 엔진"을 탑재한 Tu-119로 시험했다. 실제로 비행 중에 원자로를 가동하여, 1965년에 첫 비행을 했다고 한다. 또한, 일부 정보에 따르면 48시간 연속으로 원자로를 가동하는 데 성공했고, 승무원은 방사선 피폭 없이 생환할 수 있었다고 한다.
최근에는, 원자력 발전이나 원자력 잠수함의 노심과 같은 일반적인 원자로를 이용하는 것이 아니라, "핵 이성질체 전이"라는 현상을 X선 조사를 통해 인공적으로 제어함으로써 막대한 열량을 얻어 공기가 희박한 초고고도에서도 비행이 가능하며, 장기간 연료 교체의 필요가 없는 "'TIHE(Triggered Isomer Heat Exchanger)'"[51][52]라는 개념의 원자력 추진이 연구되고 있다.
무인 비행체로서는 러시아에서 순항 미사일 "9M730 Burevestnik"(부레베스니크, NATO 코드네임: SSC-X-9 Skyfall)의 추진 장치로 연구가 계속되었으며[53][54], 러시아 연방 대통령블라디미르 푸틴이 2023년 10월 5일에 최종 시험 성공과 양산, 실전 배치의 의향을 표명했다[39].
평화 이용으로서는, NASA에서 핵분열 반응을 이용하는 NERVA 계획에서 로켓 비행체 응용 원자력 엔진 (원자력 로켓)이라는 기술이 고안되었다. 소련에서는 RD-0410 엔진이 시험되었다. 2003년에 NASA는 탐사기의 용도로 프로메테우스 계획을 시작했지만 2년 후에 중단했다.
3. 종류
3. 1. 원자력 증기 기관 추진
원자력 추진 선박은 주로 군사용 잠수함과 항공모함이다.[1] 러시아는 현재 주로 쇄빙선인 원자력 추진 민간 수상 선박을 보유한 유일한 국가이다. 미 해군은 현재(2022년 기준) 11척의 항공모함과 70척의 잠수함을 운용하고 있으며, 모두 원자로로 추진된다.
원자력 증기 기관 추진은 원자로를 열원으로 하는 보일러를 통해 (고압) 증기를 발생시키고, 그 증기로 각종 증기 기관을 구동하는 기관 또는 추진 방식이다. 많은 수의 군용 잠수함, 항공모함들이 원자로를 그 추진원으로 쓰고 있고, 원유 가격 상승과 배기가스 때문에 일반 선박, 특히 쇄빙선에서 원자로를 그 추진원으로 사용한다.
3. 2. 원자력 전기 추진
원자력 전기 추진은 원자력 발전 (원자력 증기 기관에 의한 발전) 또는 원자력 전지(붕괴열 전지에 가깝다) 등으로 전력을 생산하고, 전기 추진 (전동기나 이온 엔진 로켓 등의 전기 로켓)을 통해 추진하는 방식이다.[41] 1957년 소련에서 건조된 레닌 및 그 뒤를 잇는 원자력 쇄빙선이 그 예시이다.
미국 항공 우주국(NASA)의 프로메테우스 계획에서는 전기 에너지 로켓 (전기 추진)을 사용한 우주선 개발이 계획 및 실험되었다.[42]
러시아 연방은 구 소련 시대의 원자로 탑재형 인공위성인 코스모스 954호 및 코스모스 1402호에서 발전시킨 기술을 개량하여 미래의 행성간 비행(interstellar flights)에 사용하는 것을 구상하였다.[43][44] 이는 소련의 우주 개발에서 1970~80년대에 우주용 원자로 "부크"(Buk) 및 "토파즈"(Topaz)를 탑재한 레이더 정찰 위성을 총 32기 발사하여 운용한 실적을 바탕으로 한다.
아나톨리 페르미노프 러시아 연방 우주국 국장은 심우주 탐사를 위한 원자력 우주선 개발을 발표했다.[13][14] 예비 설계는 2013년에 완료되었으며, 추가 개발(우주 조립)에 9년이 계획되어 있다. 가격은 6억달러로 책정되었다.[15] 로스코스모스 국장은 원자력 추진은 메가와트급의 출력을 가질 것이며, 필요한 자금 지원이 제공될 것이라고 밝혔다.[16][17]
이 시스템은 우주 원자력 발전소와 이온 엔진 매트릭스로 구성될 것이다. "...원자로에서 나오는 1500 °C의 뜨거운 불활성 가스가 터빈을 돌립니다. 터빈은 발전기와 압축기를 회전시키고, 이는 작동 유체를 폐쇄 회로로 순환시킵니다. 작동 유체는 방열기에서 냉각됩니다. 발전기는 동일한 이온(플라즈마) 엔진에 전기를 공급합니다..."[18]
그에 따르면, 이 추진 시스템은 우주 비행사가 30일 동안 화성에 머무는 유인 화성 탐사를 지원할 수 있을 것이다. 원자력 추진과 일정한 가속도를 사용하면, 화학 추진을 사용할 때 8개월이 걸리는 여정이 6주로 단축될 것이며, 이는 화학 추진보다 300배 높은 추력을 가정한다.[19][20]
3. 3. 핵열 로켓 추진
핵열 로켓(nuclear thermal rocket)은 열원으로 핵반응을 이용하는 열 로켓(thermal rocket)의 일종이다. 핵분열로 또는 핵융합로의 고열로 추진제(주로 수소[45])를 가열, 팽창시켜 노즐로 분출하여 추진한다.[46][47] 우주 개발 경쟁 시기 미국과 소련이 연구했지만, 실용화되지는 못했다.
바이모달 핵 열 로켓은 잠수함 등 원자력 발전소에서 사용되는 것과 유사한 핵분열 반응을 일으킨다. 이 에너지로 액체 수소 추진제를 가열한다. 핵 추진 우주선 옹호자들은 발사 시 핵반응로에서 방출되는 방사선이 거의 없다고 주장한다. 핵 추진 로켓은 지구에서 이륙하는 데 사용되지 않는다. 핵 열 로켓은 화학 추진 시스템보다 성능이 우수하며, 핵 전원은 우주선 운영 및 과학 계측용 전력 공급에도 사용될 수 있다.[12]
미국은 NERVA(Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) 계획을 통해 새턴 로켓 상단에 사용될 핵열 로켓 엔진을 검토했다. 2023년 국방고등연구계획국(DARPA)과 NASA는 궤도상 실증기 개발을 시작했다.[48] 러시아는 로스코스모스가 RD-0410 핵열 로켓 엔진을 기반으로 메가와트급 원자로를 탑재한 우주 비행기 개발 계획을 2010년부터 진행 중이라고 한다.[49]
핵열 로켓 개발 관련 주요 프로젝트3. 4. 핵 펄스 추진
핵 펄스 추진은 비클 후방에서 핵폭탄 폭발을 반복적으로 발생시켜, 그 충격으로 추진하는 방식이다. 오라이온 계획이나 다이달로스 계획에서 연구가 진행되었다.[50] 원자 폭탄(핵분열 반응)을 사용하는 경우에는 '''핵분열 펄스 추진''', 수소 폭탄(핵융합 반응)을 사용하는 경우에는 '''핵융합 펄스 추진'''이라고도 한다.
오리온 계획에서의 초보적인 연구로서, Hot Rod라고 명명된 소형 모형(크기 약 1m, 질량 약 100kg)을 통상의 화약에 의한 폭발로 펄스 추진한 실험의 영상이 남아있다.
3. 5. 핵융합 로켓 추진
핵융합 로켓 추진은 핵융합 반응을 에너지원으로 사용하는 로켓 추진 방식을 통틀어 이르는 말이다. 추진 수단으로는 전기 추진이나 핵 펄스 추진이 사용될 수 있다. 핵융합 기술 자체가 아직 실용화되지는 않았지만, 추진 방식에 대한 여러 구상은 존재한다.
버사드 램제트(로버트 W. 부사드의 이름을 딴 개념적인 성간 핵융합 램제트)는 성간 물질의 수소를 연료로 사용하는 이론적인 추진 방식이다. 우주선 전방에 설치된 직경 수 킬로미터의 집적 장치로 수소를 모아 이를 연료로 핵융합을 수행한다.
4. 활용 분야
원자력 추진은 다양한 분야에서 활용되고 있다.
- '''선박 및 잠수함:''' 군사용 잠수함과 항공모함은 원자로를 추진원으로 사용한다. 러시아는 쇄빙선 등 원자력 추진 민간 선박을 보유하고 있으며, 미 해군은 원자력 추진 항공모함과 잠수함을 운용한다.[1] 원자력 증기 기관 추진은 원자로를 통해 증기를 발생시켜 증기 기관을 구동하는 방식이다.
- '''항공기 및 미사일:''' 냉전 시대 핵 억지력 확보를 위해 원자력 추진 항공기 개발이 추진되었으나, 대륙간 탄도 미사일(ICBM) 등장으로 취소되었다.[1] 미국은 컨베어 X-6, 항공기 원자력 추진 프로젝트, NB-36H 비행 실험을 진행했지만 1961년 폐기되었다. 프로젝트 플루토를 통한 원자력 엔진 탑재 순항 미사일 개발 역시 ICBM 발달로 중단되었다. 소련은 Tu-119 시험 비행을 했으나, 실전 배치 가능한 항공기는 개발되지 않았다. 최근 러시아는 핵 추진 순항 미사일 "9M730 부레베스트니크" 개발, 2023년 10월 최종 시험 성공 및 양산, 실전 배치 의향을 표명했다.[53][54][39]
- '''우주선:''' 원자력 추진은 장거리 우주 탐사에 필수적이며, 다양한 방식이 제안, 테스트되었다.[9] 핵 펄스 추진(오라이온 계획, 데달로스 계획, 롱샷 계획 등), 핵 열 로켓(NERVA, 프로젝트 로버, 프로젝트 팀버윈드, RD-0410, DRACO 등), 원자력 전기 로켓(프로메테우스 계획) 등이 있다. 러시아 연방은 미래 행성간 비행용 원자력 우주선을 개발, 2013년 예비 설계 완료했다.[13][14][15] 이 시스템은 유인 화성 탐사를 지원할 수 있다.[19][20]
- '''지상 차량:''' 1903년 라듐 이용 원자력 자동차 아이디어가 있었고, 1937년 50톤 납 차폐 개념이 나왔다.[56] 1940년대 이후 논의가 있었으나, 방사선 차폐 문제로 실현되지 못했다.[57] 1958년 미국 :en:Nuclear_propulsion Ford Nucleaon, :en:Packard#Astral Studebaker Packard Astral, 프랑스 :en:Simca#Fulgur Simca Fulgur[62][63], :en:Arbel_(automobile) Arbel Symetric] 컨셉트카, 1962년
4. 1. 선박 및 잠수함
많은 수의 군용 잠수함, 항공모함들이 원자로를 추진원으로 쓰고 있고, 원유 가격 상승과 배기가스 때문에 일반 선박, 특히 쇄빙선에서 원자로를 추진원으로 사용한다.
원자력 추진 선박은 주로 군사용 잠수함과 항공모함이다.[1] 러시아는 현재 주로 쇄빙선인 원자력 추진 민간 수상 선박을 보유한 유일한 국가이다. 미 해군은 현재(2022년 기준) 11척의 항공모함과 70척의 잠수함을 운용하고 있으며, 모두 원자로로 추진된다.
원자력 증기 기관 추진은 원자로를 열원으로 하는 보일러를 통해 (고압) 증기를 발생시키고, 그 증기로 각종 증기 기관을 구동하는 기관 또는 추진 방식이다.
4. 2. 항공기 및 미사일
냉전 시대에 미국과 소련은 핵폭격기를 매우 오랜 기간 동안 공중에 유지할 수 있게 해주는 원자력 추진 항공기 개발을 추진했다. 이는 핵 억지력에 유용한 전술로 여겨졌기 때문이다. 그러나 두 나라 모두 실용적인 원자력 항공기를 개발하지는 못했다.[1] 1960년대 ICBM의 등장으로 이러한 항공기의 전술적 이점은 크게 줄어들어 관련 프로젝트는 취소되었다.[1]
미국에서는 컨베어 X-6, 항공기 원자력 추진 프로젝트 등이 진행되었고, 미국 공군은 1955년부터 1957년까지 원자력 항공기 NB-36H로 원자력 탑재 전 비행 실험을 47회 실시했지만, 1961년에 계획 자체가 폐기되었다. 1950년대 후반부터 1964년까지는 프로젝트 플루토를 통해 원자력 엔진을 탑재한 순항 미사일 개발이 진행되었으나, 대륙간 탄도 미사일 (ICBM)의 발달로 필요성이 없어 중단되었다.
소련도 원자력 항공기를 개발하여, 개조된 Tu-95터보프롭 전략 폭격기에 소형 원자로 "쿠즈네초프 NK-14 원자력 엔진"을 탑재한 Tu-119로 시험했다. 1965년에 첫 비행을 했고, 일부 정보에 따르면 48시간 연속으로 원자로를 가동하는 데 성공했으며, 승무원은 방사선 피폭 없이 생환할 수 있었다고 한다. 미야시체프 설계국의 시제 초음속 전략 폭격기 M-50을 "소련의 원자력 항공기"라고 하는 오보가 유포되기도 했지만, 실전 배치 가능한 원자력 항공기는 개발되지 않았다.
최근에는 러시아가 핵 추진 순항 미사일 "9M730 부레베스트니크"(NATO 코드네임: SSC-X-9 Skyfall) 개발을 진행하고 있다.[53][54] 러시아 연방 대통령블라디미르 푸틴은 2023년 10월 5일에 최종 시험 성공과 양산, 실전 배치의 의향을 표명했다.[39]
4. 3. 우주선
원자력 추진은 장거리 우주 탐사에 필수적인 기술로 여겨지고 있다. 다양한 종류의 원자력 추진 방식이 제안되었으며, 일부는 우주선 적용을 위해 테스트되었다.[9]- '''핵 펄스 추진'''
- 오라이온 계획: 핵 펄스(원자 폭발) 추진에 대한 최초의 공학 설계 연구[10]
- 데달로스 계획: 1970년대 영국 성간 협회의 핵융합 로켓 연구
- 롱샷 계획: 미국 해군사관학교-NASA 핵 펄스 추진 설계
- AIM스타: 반양성자 구름을 사용하여 연료 펠릿 내에서 핵분열 및 핵융합을 시작하는 것을 제안하는 반물질 촉매 핵 펄스 추진 우주선
- ICAN-II: 반물질 촉매 핵 펄스 추진 엔진을 주요 추진 수단으로 사용한 유인 행성간 우주선
- 외부 펄스 플라즈마 추진(EPPP): 일련의 작은 초임계 핵분열/핵융합 펄스로 생성된 플라즈마 파동으로부터 추력을 얻는 NASA의 추진 개념[11]
바이모달 핵 열 로켓은 원자력 발전소와 유사한 핵분열 반응을 이용해 에너지를 얻고, 이 에너지로 액체 수소 추진제를 가열한다. 핵 추진 우주선은 발사 시 핵반응로에서 방출되는 방사선이 거의 없으며, 화학 추진 시스템에 비해 뛰어난 성능을 제공할 수 있다. 또한, 핵 전원은 우주선 운영 및 과학 계측을 위한 전력으로도 활용 가능하다.[12]- '''핵 열 로켓'''
- NERVA (Nuclear Energy for Rocket Vehicle Applications, 로켓 차량 응용을 위한 핵 에너지): 미국의 핵 열 로켓 프로그램
- 프로젝트 로버: 핵 열 로켓 개발을 위한 미국의 프로젝트 (1955년~1972년, 로스 앨러모스 국립 연구소)
- 프로젝트 팀버윈드 (1987–1991): 전략 방위 구상의 일부
- RD-0410: 1965년부터 1980년대까지 개발된 소련의 핵 열 로켓 엔진
- 기민한 시스루나 운영을 위한 시연 로켓 (DRACO): 2020년대에 개발 중
핵열 로켓은 핵반응을 열원으로 사용하여, 핵분열로 또는 핵융합로의 고열로 추진제(주로 수소[45])를 가열, 팽창시켜 노즐에서 분출하여 추진하는 방식이다.[46][47]- '''원자력 전기 로켓'''
- 프로메테우스 계획: 2003년에 시작된 장기간 우주 비행을 위한 NASA의 원자력 추진 개발 계획[42]
러시아 연방에서는 구 소련 시대의 원자로 탑재형 인공위성 기술을 개량하여 미래의 행성간 비행에서 사용하는 것을 구상했다.[43][44] 아나톨리 페르미노프 러시아 연방 우주국 국장은 심우주 탐사를 위한 원자력 우주선 개발을 발표했다.[13][14] 2013년에 예비 설계가 완료되었으며, 추가 개발에 9년이 계획되어 있다. 가격은 6억달러이다.[15] 원자력 추진은 메가와트급의 출력을 가질 것이며, 필요한 자금이 제공될 것이라고 로스코스모스 국장은 밝혔다.
이 시스템은 우주 원자력 발전소와 이온 엔진 매트릭스로 구성될 것이다. 원자로에서 나오는 1500°C의 뜨거운 불활성 가스가 터빈을 돌리고, 터빈은 발전기와 압축기를 회전시켜 작동 유체를 폐쇄 회로로 순환시킨다. 작동 유체는 방열기에서 냉각되며, 발전기는 이온(플라즈마) 엔진에 전기를 공급한다.[18]
이 추진 시스템은 우주 비행사가 30일 동안 화성에 머무는 유인 화성 탐사를 지원할 수 있을 것이다. 원자력 추진과 일정한 가속도를 사용하면, 화학 추진을 사용할 때 8개월이 걸리는 여정이 6주로 단축될 것이며, 이는 화학 추진보다 300배 높은 추력을 가정한다.[19][20]
핵 펄스 추진은 로켓 등에 핵폭탄을 사용하는 것이다. 원자 폭탄(핵분열 반응)을 사용하는 경우에는 '''핵분열 펄스 추진''', 수소 폭탄(핵융합 반응)을 사용하는 경우에는 '''핵융합 펄스 추진'''이라고도 한다.
핵융합 로켓 추진은 에너지원으로 핵융합을 사용하는 로켓 추진의 총칭이다. 추진 수단은 전기 추진이나 핵 펄스 추진이 된다.
버사드 램제트는 핵융합 로켓의 연료로 성간 물질의 수소를 사용하는 이론적인 추진 방식이다. 우주선 전방에 설치된 직경 수 킬로미터의 집적 장치로 수소를 모아 이를 연료로 핵융합을 수행한다.
4. 4. 지상 차량
라듐을 이용하는 원자력 자동차에 관한 아이디어는 1903년으로 거슬러 올라간다. 1937년에 나온 개념에 따르면, 운전자에게 투사되는 방사선을 막기 위해 50톤의 납이 필요했다.[56]
1941년 칼텍의 R.M.Langer박사는 ''Popular Mechanics''지 1월호에서 우라늄-235를 동력원으로 자동차를 움직이는 아이디어를 지지했다. Stout Scarab의 디자이너이자 Society of Engineers의 전 회장인 윌리엄 부쉬넬 스토트는 1945년 8월 7일 뉴욕타임즈에서 Langer박사를 따라 그 아이디어를 지지했다. 그러나 방사선 차폐 문제 때문에 이 아이디어는 실현되기 어려웠다.[57] 1945년 12월, 런던의 John Wilson은 그가 원자력 자동차를 만들었다고 발표하여 많은 관심을 이끌었다. 그러나 Wilson은 자동차를 보여주지 못하고 파괴되었다고 주장했다. 그 이후 법원은 그가 사기를 쳤고, 원자력 자동차는 없었다는 사실을 밝혔다.[58][59]
1940년대와 1950년대 초반, 원자력 기반 잠수함과 배의 개발, 원자력 비행기 개발 실험 덕분에 원자력 자동차에 대한 토론은 계속되었다. 1950년대 중반 러시아 언론은 V.P.Romadin교수가 원자력 자동차를 만들었다고 보도했지만, 차폐 문제가 다시 제기되었다.[60] 그러나 그의 연구실에서 방사선을 흡수하는 합금으로 차폐 문제를 해결했다는 주장도 있었다.[61]
1958년, 미국의 :en:Nuclear_propulsion Ford Nucleaon, :en:Packard#Astral Studebaker Packard Astral, 프랑스의 :en:Simca#Fulgur Simca Fulgur[62][63]와 :en:Arbel_(automobile) Arbel Symetric]가 컨셉트카로 제시되면서 원자력 자동차에 대한 논의가 재부상했다.
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