누리호에 실린 원자력전지 실증 성공… 세계 3번째

원자력연구원

연구진이 원자력전지를 들고 있다./원자력연
한국원자력연구원이 자체 기술로 개발한 우주용 동위원소전지가 실증에 성공했다. 이는 미국과 러시아에 이어서 세계 세 번째다.

원자력연구원은 8일 “자체 기술로 우주용 동위원소전지를 개발하고 지난 6월 21일 발사한 누리호 성능검증위성에서 실증에 성공했다”고 밝혔다.

지구에서 38만km 떨어진 달은 밤이 14일이고 섭씨 영하 170도까지 온도가 떨어지는 극한환경이다. 14일의 밤에는 태양전지를 작동할 수 없고, 영하 170도의 극저온은 태양전지에서 발전한 전기를 저장하는 이차전지를 방전시키고, 전자기기를 망가뜨린다. 이런 우주 환경에서 안정적으로 동작할 수 있는 전력 공급원은 동위원소전지, 일명 원자력전지가 유일하다.

홍진태 박사 연구진은 2016년부터 달 탐사용 동위원소 전지를 개발했다. 자체 기술로 120밀리와트(mW)의 전력을 생산하는 시제품 제작에 성공했다. 동위원소전지는 방사성동위원소가 붕괴하면서 발생하는 열에너지를 열전소자에 전달해 전기를 만든다. 열전소자 양끝에 온도 차이가 발생하면 전류가 흐르는 열전현상을 이용한다. 외부 동력원 없이 자체적으로 전기를 생산하고 온도, 압력 등 외부 환경의 영향을 받지 않는 장점이 있다.

원자력전지./원자력연
연구원이 개발한 동위원소전지는 지름 8.5cm, 높이 12.75cm, 무게 750g의 원통형 구조로 방사성동위원소 열원, 열전모듈, 열제어 구조체로 구성돼 있다. 누리호 성능검증위성 시험에서는 지구 저궤도에서 방사성 물질 사용을 금하는 UN 국제규범에 따라 방사성동위원소 열원이 아닌 전기 히터를 사용했다.

누리호 성능검증위성 시험은 7월 11일, 7월 26일 두 차례 진행됐다. 우주 환경에서 정상적으로 전기를 생산하는지와 함께 동위원소전지의 안전성 및 신뢰성을 검증했다. 시험 결과 모든 기능이 정상적으로 동작하는 것을 확인했으며, 1, 2차 시험 모두 목표 전기출력에 도달하는 데 성공했다. 이는 극저온의 달 표면에서 이차전지의 방전을 막고 전자기기를 보호하는 데 사용할 수 있는 정도다. 이후 3개월, 1년 6개월 동안 장기 시험을 통해 동위원소전지의 우주방사선 환경내구성을 검증할 계획이다.

한국원자력연구원은 앞으로 방사성동위원소 열원을 탑재한 동위원소전지를 제작할 예정이다. 또한 달 탐사선 탑재를 목표로 다양한 규격의 동위원소전지를 개발하는 한편, 화성 및 외행성 탐사에도 활용할 수 있도록 발전시킬 계획이다.