플라즈마로 가는 전기제트엔진 첫 실험 성공

환경오염 없이 플라즈마로 추력을 얻을 수 있는 전기제트엔진이 세계 처음 개발됐다. POSTECH(포항공과대학교)은 이안나 기계공학과 교수와 이정락 박사, 강홍재 한국기계연구원(KIMM) 박사 연구팀이 대기압에서 작동하는 공기흡입 전기추진 기술을 세계 최초로 선보였다고 11일 밝혔다. 연구성과는 항공우주 분야 국제 학술지 '어드밴시스 인 스페이스 리서치'에 실렸다. 이 연구에 주도적으로 참여한 이정락 박사후연구원은 지디넷코리아와의 전화통화에서 "플라즈마로 대기압 환경에서 기존 전기추진기관 대비 10배 정도 좋은 추력을 냈다"고 나름 의미를 부여했다. 이 연구원은 "다만, 상용화를 위해선 추력 향상을 위한 개량작업 및 경량화가 뒤따라야 할 것"으로 전망했다. 항공 산업은 대표적인 탄소 배출 산업이다. 비행 중 항공유를 태우는 과정에서 다량의 이산화탄소와 배출물이 발생한다. 이로 읺 이를 대체할 기술로 플라즈마 전기추진이 한창 연구 중이다. 그러나 플라즈마 방전으로 추진력을 얻는데는 한계가 있다. 공기가 많은 대기압 환경에서는 플라즈마 생성이 어렵다. 이로인해 그동안 공기가 거의 없는 우주 공간이나 지구 초저궤도인 150~400km를 대상으로 연구가 진행됐다. 연구팀은 이 문제를 '회전 글라이딩 아크(RGA3)' 구조로 해결했다. 회전하는 플라즈마 불꽃을 이용해 대기압에서도 안정적인 방전을 유지하는데 성공했다. 새롭게 설계한 추진기관 안에서는 공기가 빨려 들어오며 소용돌이를 만들고, 그 흐름 속에서 회전 플라즈마가 형성된다. 이 플라즈마가 공기를 빠르게 가열한 뒤 뒤쪽으로 밀어내면서 추력이 발생한다. 실험 결과, 대기압 조건에서도 플라즈마 방전이 안정적으로 유지됐다. 추진기관 내부 압력이 약 5.7기압까지 올라가는 상황에서도 계속 작동했다. 이때 발생한 추력은 최대 2.53뉴턴(N)에 이른다. 추력 대비 전력 비율은 708밀리뉴턴/킬로와트(mN/kW)로 이는 기존 플라즈마 추진기보다 약 10배 높은 수치다. 이안나 교수는 "플라즈마 전기추진이 우주가 아닌 지구 대기에서도 작동할 수 있음을 실험으로 입증한 첫 사례"라며 " 이 기술이 발전하면 전기만으로 움직이는 비행기나 장시간 하늘에 머무는 무인기 같은 차세대 항공 이동 수단 등에 적용될 수 있다. 특히 탄소 배출을 줄여야 하는 항공 산업에서 친환경 무탄소·무연료 추진 기술로 주목받을 것"으로 기대했다. 강홍재 한국기계연구원 선임연구원은 “장시간 비행하는 무인기나 차세대 항공 이동 수단은 물론 초저궤도에서 공기를 활용하는 추진기관 등 다양한 분야로 확장될 것”이라는 기대를 덧붙였다. 한편, 이 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 한국연구재단 연구비 지원 사업으로 이루어졌다.