한국원자력연구원 연구팀이 우주에서도 안정적 전력 공급이 가능한 원자력전지를 개발했다. / 원자력연

우주의 극한 환경에서도 끊김없이 장기간 안정적으로 열과 전력을 공급할 수 있는 전지? 꿈과 같은 원자력전지가 국내에서 자체 제작되어 우주에서의 전력 생산 성능을 입증했다. 지상은 물론, 우주탐사에 큰 도움이 될 성과다. 

한국원자력연구원(원자력연)은 "홍진태 동위원소연구부 박사 연구팀이 자체 개발한 원자력전지(ETG·Electrically-heated Thermoelectric Generator)를 2022년부터 누리호 성능검증위성에 탑재해 지구 저궤도에서 성능을 평가한 결과, 안정적인 전력 생산 능력이 검증됐다"고 9일 밝혔다. 한국은 미국, 러시아에 이어 세계에서 세번째로 원자력전지를 자체 개발한 나라가 됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원으로 2016년부터 수행돼 9년 만에 결실을 맺었다.

연구팀이 개발한 원자력전지는 플루토늄 동위원소(Pu-238)를 열원으로 한다. 열을 전기로 변환하는 열전소자, 전지 내부의 열 손실을 막고 열을 전달하는 열제어 구조체로 구성됐다. 열 출력은 10와트(W)급인 소형 원자력전지다. 

 

한국원자력연구원이 개발한 우주용 원자력전지를 누리호 성능검증위성에 탑재한 모습. / 원자력연

 

연구팀은 2022년 11월부터 지난 5월까지 약 1년 반 동안 누리호 성능검증위성에 탑재된 원자력전지가 전기 출력을 장기간 유지할 수 있는지 검증했다. 원자력전지의 출력전압과 내부 온도를 위성 본체가 전달받아 데이터를 저장한 뒤, 지상국과 교신할 때 데이터를 전송했다. 연구팀은 데이터를 분석해 정상 작동 여부를 평가했다.

그 결과, 원자력전지는 1년 반 동안 출력 감소나 부품 고장 없이 약 120밀리와트(mW)의 전력을 지속해서 생산하는 데 성공했다. 이는 극저온의 달 표면에서 환경온도 모니터링, 우주방사선 계측 등의 임무를 수행할 수 있는 정도의 전력이다.

또 이번 실험에선 지구 저궤도에서 방사성물질 사용을 금지하는 UN 규범에 따라 방사성동위원소 열원을 전기 히터로 대체했다. 위성 본체에서 공급한 전력으로 전지 내부의 전기 히터를 가동해 방사성동위원소가 붕괴할 때 발생하는 열과 동일한 열을 발생시켰다.

원자력연은 "2032년 달, 2045년 화성 착륙 등 우주 탐사 목표를 달성하려면 우주의 극한 환경에서 버틸 수 있는 에너지원을 확보하는 게 중요하다"며 "원자력전지가 그 핵심이 될 것"이라고 설명했다.

연구팀은 향후 달 착륙선에 원자력전지를 탑재해 달 표면에서 전력을 생산할 수 있는지 실험할 계획이다.