우주탐사선용 발전기 부품 개발 성공

에너지기술연구원, 세계 최초 산화물로 열전부품 개발
미국, 러시아만 있던 RTG 시스템 국산화 가능성 열려

우주탐사선의 전원공급장치는 40~50년간 급격한 성능저하가 없어야 하며 잔고장이 없어야 한다. 항공우주연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 우주탐사선의 전원공급장치 중 열을 전기로 전환해주는 열전부품을 개발했다. 연구진은 아직까지 미국과 러시아만 가지고 있는 기술로 우주산업의 핵심인 전원공급장치 국산화에 도움이 될 것이라고 설명했다.

한국에너지기술연구원 박상현 책임연구원은 세계 최초 산화물 금속화층을 기반으로 한 '초고신뢰성 중고온 열전소자' 개발에 성공했다고 밝혔다.

박상현 책임연구원은 29일 "이번 열전부품 개발로 미국과 러시아만 만들 수 있었던 방사성동위원소 열전기 발전기(RTG)를 국내 자체기술로 개발할 수 있는 가능성이 높아졌다"고 말했다.

연구진은 100~500℃까지의 열반복 실험을 6개월간 500여회 실시한 결과 금속으로만 이뤄진 부품에 비해 거의 성능변화가 없었다. 이는 개발된 산화물 금속화층 부품이 기존 티타늄 금속 기반 열전부품 대비 80% 정도 확산 열화를 억제, 즉 성능 유지를 시키는 탁월한 안정성을 확인한 것이다. 또 연구진이 개발한 열전부품은 500℃의 열을 받았을 때 1㎠당 1W의 전기를 만들었다.

박 책임연구원은 "우주 탐사선에 들어가는 전원공급장치는 40~50년간 급격한 성능저하가 없어야 하며 고장이 없어야 하는데 이번에 개발한 열전부품은 이 조건에 상당히 근접해 있다"고 설명했다.

연구진이 개발한 산화물 금속화층 기술은 고온에서 금속보다 안정적인 전도성 인듐주석 산화물을 열전소재 표면에 적용해 금속화층을 형성하는 기술이다. 연구진은 지난 2018년에 개발한 열전소자를 업그레이드했다.

한국에너지기술연구원 에너지네트워크연구실 박상현 박사 연구진이 세계 최초 산화물 금속화층을 기반으로 개발한 '초고신뢰성 중고온 열전소자'. 에너지기술연구원 제공

한편, 열을 전기로 전환하는 열전부품은 탐사선에 들어가는 RTG에 들어간다. RTG는 방사선 동위원소인 플루토늄을 이용한 원자력 전지의 한 종류다. 300~700℃에서 작동하는 중고온 열전부품은 1950년대 미국 NASA에서 우주개발 적용을 목적으로 RTG 시스템을 개발했지만 아직도 러시아를 제외한 다른 나라에서는 만들지 못하고 있다.

RTG는 달 뒷면이나 태양에서 멀리 떨어진 곳에서는 태양전지를 사용하기 어렵기 때문에 인공위성이나 우주 탐사선에 필요한 전력을 공급한다. 미국이 1977년 쏘오 올린 우주탐사선 보이저호는 우주로 보내 태양계를 벗어나 42년이 넘도록 NASA와 교신을 하고 있다.

보이저호가 아직까지 작동하는 것은 RTG 시스템이 적용됐기 때문이다.

[e-mail] 김만기 기자