연구 책임자 스티븐 배렛 교수 "어린 시절 즐겨본 영화 TV 시리즈 '스타트렉'에서 영감 얻어"
매사추세츠 공과 대학(MIT) 연구팀이 21일(현지시각) 이온화된 공기(ionic wind)를 이용해 추진력을 얻을 수 있는 비행기를 개발해 시험 비행을 마쳤다.
이온 추진 장치는 프로펠러나 제트엔진을 사용하지 않고 비행할 수 있어 소음이 거의 발생하지 않는다. 이온 엔진 항공기 추진 방법의 일종으로 아르곤이나 제논 등 미량의 추진제를 플라즈마(이온)화해 전기적 특성을 띠게 한 후 자기력을 이용하여 선체의 후방으로 빠르게 분사하여 추진력을 얻는 기관이다.
MIT의 연구진이 개발한 비행기의 기체는 폭 5m, 무게는 불과 2.45㎏의 경소형 항공기로 동체의 아래위로 두 개의 앞날개가 있는 옛날 복엽 비행기와 같은 모양이다.
이온 엔진은 날개의 상자 모양으로 보이는 부분에 출력 500W의 리튬이온배터리를 탑재하고 승압기를 사용해 2만 볼트의 전압을 만들어 낸다. 이후 그 전압을 날개 끝의 전극에 가하면 공기 중의 질소를 이온화하고 뒤에 있는 마이너스 전극에 끌어들일 수 있다. 이 이온의 가속운동 반응 기체는 반대 방향의 추진력이 더해져 그 힘을 이용해 기체가 비행 능력을 얻는다.
연구진은 실제로 이 비행기를 실내 체육관인 듀폰 운동센터(DuPont Athletic Center)에서 고무 투석기를 사용해 이륙시킨 후 지상 2m 위로 약 60m를 비행하는 데 성공했다. 첫 비행 성공은 11번째 실험에서 나왔다.
이번 연구를 이끈 스티븐 배렛(Steven Barrett) MIT 항공우주 비행학과 부교수는 "이온엔진 비행기의 영감은 어린 시절 즐겨본 영화 TV 시리즈 '스타트렉(Star Trek)'에서 얻었다"며 "당시 아무런 소리나 배기가스도 없이 날아가는 우주왕복선에 끌렸다. 이는 미래의 비행기에는 프로펠러와 터빈이 없어야 한다는 생각을 하게 만들었다"고 말했다.
이온 추진기 역사는 약 100년 전인 1917년에 로버트 고다드(Robert Goddard)에 의해 최초로 시연됐으며, 현재 우주에서 인공위성의 위치를 변경하는 데 사용되고 있다. 이온엔진이 처음 세상에 모습을 드러낸 것은 1964년 NASA가 SERT계획으로 우주 공간에서 실험했다. 이후 2003년 발사된 일본의 소행성 탐사선 '하야부사(MUSES-C)'가 이온엔진을 세계 최초로 탑재해 운용하고 있다.
현재 이온 엔진은 중력이 있는 대기권에서 쓰기에는 추진력이 턱없이 부족하다. 지금까지 연구된 이온엔진이 내는 추력은 약 20–250 밀리뉴턴(mN)으로 성인이 뀌는 방귀가 한 방에 약 200밀리뉴턴이다. 그런데 MIT가 개발한 이온 엔진으로 2㎏의 항공기를 60m를 날아가는 추력을 냈다는 것은 대단한 성과다.
그렇다면 이렇게 약한 엔진을 왜 개발할까? 그 이유는 연비가 엄청나게 좋기 때문이다. 기존 화학로켓은 연료분사 시간이 매우 짧지만, 이온 엔진은 계속 켜둘 수 있다. 그렇다고 이온엔진이 영구엔진은 아니다. 극미량의 추진제를 전자기 가속해서 쏘아 추진력으로 삼는데 추진체가 바닥나면 수명이 끝나며, 전기 또한 필수다.
MIT의 스티븐 배럿 교수는 "지상에서 이온 추진 장치를 사용해 비행하는 연구는 아직 초기 단계다. 실용화까지는 아직 많은 연구를 해야 한다"고 말했다.
KPI뉴스 / 김들풀 기자 itnews@kpinews.kr
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