프랑스 우주 기업 스러스트미(ThrustMe)가 처음으로 우주에서 요오드 이온 엔진을 가동하는 데 성공했다. 앞으로 고가의 제논 이온 엔진을 대체해 우주 탐사 비용과 우주 쓰레기를 동시에 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
스러스트미는 “무게 20㎏의 초소형 위성 큐브샛이 지구 상공 480㎞에서 요오드 이온 엔진을 작동해 11번 우주 기동에 성공했다”고 지난 17일 국제 학술지 ‘네이처’에 발표했다.
인공위성은 로켓의 힘으로 우주 궤도에 진입하지만 궤도를 이탈하거나 다른 우주 물체와 충돌할 위험이 생기면 자체 엔진을 가동한다. 이온 엔진은 액체나 고체 연료를 쓰는 기존 위성 엔진보다 효율이 10배나 높다. 덕분에 연료를 적게 실어도 된다. 2010년 지구로 귀환한 일본의 소행성 탐사선 하야부사가 7년간의 긴 비행을 할 수 있었던 것도 이온 엔진 덕분이었다.
이온 엔진은 지금까지 주로 제논 가스를 연료로 썼다. 제논은 대기 중에 1000만분의 1 농도로 있을 정도로 귀해 ㎏당 가격이 3000달러나 된다. 의료용이나 조명, 반도체 산업에 두루 쓰여 가격이 비싸다. 전문가들은 앞으로 10년 내 위성이 2만4000기 이상 발사될 것으로 예측한다. 그만큼 이온 엔진의 수요도 늘 전망이다. 연료 문제를 해결하지 않으면 위성 산업에 문제가 생길 수 있다.
스러스트미는 제논(원자 번호 54)과 원자 번호가 비슷하면서도 저렴한 요오드(원자 번호 53)를 사용했다. 요오드는 고체 상태로 위성에 탑재해 제논처럼 대기압의 100~200배 고압으로 보관하지 않아도 된다.
이온 엔진은 먼저 고체 요오드를 가열해 가스로 만든다. 요오드는 태양전지판에서 나온 고에너지 전자와 충돌해 전자를 내놓고 (+) 전기를 띤 이온이 된다. 이때 엔진 분사구 쪽에서 (-) 전기를 걸어주면 요오드 이온이 그쪽으로 끌려가면서 가속된다. 위성은 그 반대 방향으로 추진력을 얻는다.
논문에 따르면, 요오드 이온 엔진은 제논보다 성능이 50% 높았다. 스러스트미 연구진은 또 요오드는 가격이 저렴해 위성이 수명이 다한 후 지구 대기권으로 이동시킬 분량까지 실을 수 있다고 밝혔다. 이렇게 위성이 대기권에서 마찰열로 불타면 우주 쓰레기가 되는 것을 원천 차단할 수 있다.