미국 항공우주국(NASA)이 화성 및 심우주 탐사를 겨냥한 핵분열 동력 우주선 'Space Reactor-1(SR-1) Freedom'의 전력 모듈 개발을 위한 주요 사업 합의를 마치고 본격적인 조율에 들어갔다. 지구 궤도를 넘어선 심우주 영역에서 핵분열 전력 시스템과 핵전기 추진(NEP) 기술을 실증하는 인류 최초의 차세대 수송선이다.
이번 프로젝트의 핵심 구성품인 전력변환 시스템 공급은 우주항공 엔지니어링 기업 씨에라 로보(Sierra Lobo)가 맡았다. 씨에라 로보가 납품할 폐쇄형 브레이튼 사이클(Closed Brayton Cycle) 시스템은 원자로에서 발생하는 높은 열에너지를 우주선 추진과 탑재체 운용에 필요한 전력으로 효율적으로 바꿔주는 핵심 장치다.
기술 개발 및 검증 작업은 오하이오주 클리블랜드에 위치한 NASA 글렌연구소(Glenn Research Center)의 우주비행 하드웨어 설계·운영 지원 사업(SFDOC III) 체계 아래서 추진된다.
우주선에 들어갈 핵 전력 모듈은 미국 에너지부(DOE) 산하 아이다호 국립연구소(INL)가 개발 중인 소형 핵분열 원자로와 씨에라 로보의 전력변환 장치를 연동해 완성된다. 원자력 기술이 쓰이는 만큼 방사능 안전 및 고장 허용 설계 기준도 대폭 강화했다. NASA와 에너지부는 기관 간 합동 안전 검토와 NASA 최고안전책임자의 전 과정을 아우르는 감독 체계를 적용해 기술적 위험 요소를 미리 걸러내고 있다.
안전 조치의 일환으로 원자로는 우주선이 지구 궤도를 완전히 벗어날 때까지 비활성화 상태를 유지한다. 외곽 궤도 진입 후 안전이 확보된 시점에 원자로가 가동되는 방식이다. NASA는 이 같은 안전 통제와 민간 협업을 바탕으로 기술적 위험을 낮춰 2028년 말로 예정된 발사 일정을 일정대로 추진한다는 방침이다.
2028년 말 지구를 떠날 SR-1 Freedom의 주요 탑재체로는 화성 탐사 과학 임무인 '스카이폴(SkyFall)'이 할당됐다. 스카이폴 임무는 과거 화성에서 활약한 인제뉴이티(Ingenuity)의 실증 데이터를 바탕으로 설계된 탐사 헬리콥터 3대로 구성된다. 화성 표면 진입 과정에서 공중 투하 방식으로 착륙해 지형 및 지하 얼음 자원 탐사, 기후 데이터 수집 등의 임무를 다각도로 수행할 예정이다.
태양광 발전 효율이 크게 떨어지는 심우주나 햇빛이 들지 않는 극지방 환경에서 핵분열 발전 기술은 차세대 우주 탐사의 필수로 꼽힌다. 이번 SR-1 Freedom을 통해 검증되는 핵전력 및 추진 기술은 향후 달 표면 상주 기지(Moon Base) 및 화성 유인 탐사 인프라를 운용하는 핵심 기반 기술로 전환 활용될 전망이다.
