[세계 최초로 플라즈마를 이용해 대기압에서 작동하는 공기흡입 전기추진시스템 실험 성공]

 

전기자동차와 단거리 노선용 전기선박에 이어 전기항공기 개발도 가시권에 들어왔다. 국내 연구진이 전기로 만든 고온의 공기를 내뿜어 추진력을 얻는 전기 제트엔진을 세계 최초로 개발했다.

포스텍은 기계공학과 이안나 교수와 이정락 박사, 강홍재 한국기계연구원(KIMM) 선임연구원 연구팀이 최근 세계 최초로 플라즈마를 이용해 대기압에서 작동하는 공기흡입 전기추진시스템 실험에 성공했다고 11일 밝혔다. 연구 성과는 항공우주 분야 국제 학술지 '애드밴시스 인 스페이스 리서치'에 실렸다.

플라즈마는 고체·액체·기체와 다른 '제4의 물질 상태'로, 기체에 강한 에너지를 가했을 때 원자가 전자와 이온으로 쪼개진 상태를 뜻한다. 이 플라즈마를 가속해 뒤로 밀어내면 추력이 발생한다. 이산화탄소 등 배출이 없어 항공 분야 탄소중립에 기여할 수 있는 신기술 중 하나다.

다만 이론을 현실에 적용하려면 대기압 환경에서도 안정적으로 작동하는 기술이 요구된다. 공기가 빽빽한 대기압에서는 플라즈마 자체를 만드는 게 어렵기 때문이다. 지금까지 공기가 거의 없는 고도 150~400㎞ 초저궤도 우주 공간에서 주로 연구가 진행된 이유다.

연구팀은 '회전 글라이딩 아크' 구조로 이 문제를 풀었다. 이들이 개발한 추진시스템 안에서는 공기가 빨려 들어오며 소용돌이를 만들고, 그 흐름 속에서 회전 플라즈마가 형성된다. 이 플라즈마가 공기를 빠르게 가열한 뒤 밀어내 추력이 발생하는 원리다. 아크가 회전하면서 지속적으로 공기를 가열할 수 있다는 점에 착안했다.

실험 결과 대기압 조건에서도 안정적으로 플라즈마 방전을 유지하면서 기존 플라즈마 추진기보다 약 10배 높은 추력 대비 전력 비율을 보였다. 플라즈마 전기추진이 우주가 아닌 지구 대기에서 작동할 수 있다는 사실을 입증한 첫 사례다.

이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 한국연구재단 연구비 지원 사업의 도움을 받았다. 이 교수는 "연료를 태우지 않고 전기만으로 추력을 만드는 전기 제트엔진 개념을 실제 작동하는 시스템으로 구현했다는 데 의미가 있다"고 설명했다. 강 선임연구원은 "무인기나 차세대 항공 수단, 초저궤도 추진기관 등 다양한 분야로 확장될 것"이라고 기대했다.