원자력 추진
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1. 개요[편집]
핵분열의 에너지를 이용하여 이동수단을 만드는 방법이다. 다른 연료들보다 효율이 좋지만 그 위험성도 뒤따라온다.
2. 종류[편집]
2.1. 원자력으로 물을 끓여 터빈을 돌리는 방식[편집]
핵분열을 이용한 원자로는 항속거리가 무한하므로 강대국 해군이 종종 사용하는 방식이다. 보통 원자력 잠수함과 항공모함에 탑재되지만, 키로프급 핵추진 순양함, CGN-9 USS 롱 비치 함, 원자력 순양함 USS 베인브리지 함 같이 순양함에 원자로가 탑재된 경우가 있다. 연료 보급이 불필요하고 출력이 아주 강하다는 장점이 있지만 기술적 위험성, 정치외교적 문제, 폐기 비용을 감안하면 실제 저렴한지도 논란의 대상이다. 다만 잠수함에 있어서는 외부 공기가 필요없고 출력이 강력해 무한히 고속으로 잠항할 수 있다는 절대적인 장점이 있기에 미해군은 모든 잠수함을 원자력으로 통일해 버렸다.
과거에는 터빈의 회전력을 직접 스크루로 전달하여 추진력으로 사용하였으나, 모터 기술이 발전한 현대에는 발전기를 돌려 전기 모터로 추진하는 방식도 연구중이다. 이론적으로는 맥스웰 방정식에 따른 전자기 추진 방식도 있지만 아직은 무리.
소제목에는 물을 끓인다고 했지만 이는 증기 누출이나 파손 위험이 커서, 녹은 나트륨이나 납-비스무트 합금 등을 돌리는 원자로도 연구된다. 특히 후자는 사고가 났을 때 제어봉만 꽂으면[1] 식어 굳어서 쇳덩어리가 되므로 비교적 안전.
2.2. 원자력 전지[편집]
보이저 호같이 원자로를 탑재할 수 없는 우주탐사용 우주선 같은 경우에는 플루토늄을 이용한 원자력 전지가 들어가 있다. 보통 이런 심우주탐사선에 탑재된 원자력 전지는 적은 양으로도 50년 가까이나 전기를 생산해낼 수 있어, 효율은 매우 좋지만 전기가 없으면 무용지물인 이온 엔진과의 조합도 기대해볼 수 있다.
2.3. 열핵 램제트 추진[편집]
기본적으로 제트 엔진은 흡기한 공기로 연료를 폭발시켜 부피를 크게 해서 내보냄으로서 뉴턴 법칙에 의해 추진하는 것이다. 반면 열핵 램제트 추진 방식은 공기를 흡기해 원자로의 열로 가열하여 부피를 크게 해서 내보냄으로서 추진하는 방식으로, 이론상 대기권내에서는 무한한 항속거리를 얻을 수 있다. 상세한 내용은 플루토 계획 참조.
서브컬쳐에서는 마크로스 시리즈의 발키리가 열핵 추진 방식을 사용해 대기권내에서는 항속거리가 무한이며 우주에서도 추진제를 탑재해 아래 열핵 로켓 방식으로 비행 가능하다. 기동전사 건담의 MS-09 돔은 호버용으로 열핵 제트 엔진을 사용하였으나, MS-09R 릭 돔은 대형 열핵 로켓으로 교체하여 우주용으로 개조했다. 어차피 핵융합을 자유자재로 쓰는 세계관이다.
2.4. 열핵 로켓[편집]
위와 유사하지만 우주에는 공기가 없으므로 다른 매질을 분사제로 이용하여 추진한다. 이를 열핵 로켓이라 하며, 항속거리는 추진제량에 의해 제한되지만 기존의 화학 로켓보다는 우월하다. 액화수소부터 물까지 다양한 매질이 연구되고 있으며, 익스팬스 시리즈 에서는 근거리에서 사용하는 구식 열핵 증기 추진 방식 우주선을 '주전자'라는 속어로도 부른다. 조금 깔보는 느낌이지만 숫자는 '주전자'가 훨씬 많다.
위에 언급된 이온 엔진은 원자력 전지를 사용한다 해도 일단 전기를 만들어 전자기적인 방법으로 추진하지만 열핵 로켓은 물리학적인 방법이라는 점이 다르다.
2.5. 진짜로 핵폭탄을 터트려 그 힘으로 추진하는 방법[편집]
핵폭탄을 우주선 뒤쪽으로 발사한 뒤 성형작약 방식으로 위력을 집중시켜 폭발, 그 폭발력을 선체 하부의 반사판으로 받아내어 추진하는 방식. 이를 반복하면 최대 광속의 10퍼센트까지 가속 가능하다고 한다. 단점이라면 무게와 크기가 장난아니게 크고, 대기권내에서는 방사능 등의 문제로 쓰기 어렵다는 점, 지구의 핵물질이 의외로 많지 않다는 점 등이 있다.
자세한 내용은 오리온 프로젝트 참조.
3. 민간 사례[편집]
원자력 추진 자체는 군용이든 민간이든 매우 매력적인 존재였기 때문에, 미국, 독일, 러시아, 일본 4개 나라에서 1960~1970년대에 화물선을 건조하였다. 그러나 러시아의 Sevmorput 를 제외한 모든 함선은 몇 년 운영하지 못하고 모두 디젤 엔진 으로 엔진을 교체하거나 퇴역했는데 그 이유는 다음과 같다.
- 기존 화물선 대비 복잡한 기술이 들어가 그에 걸맞게 많은 운영 인원이 필요했다.
- 연료비 자체는 줄였을지 모르나 원자력 차폐, 유지보수 등 추가 비용을 생각하면 기존 추진 방식에 비해 이득이 별로 없었다.
- 대부분의 항구에서 입항을 거부했고, 그나마 되는 곳도 길고 긴 서류 작업 후에 겨우 들어갈 수 있었다.
- 파나마 운하, 수에즈 운하 모두 통행을 거부했다.
개별로 살펴보면 미국의 NS Savannah 의 경우 화물선과 여객선을 겸한 형태로 건조되었고 원자력 추진의 민간 이용의 가능성을 보여주었다. 그러나 위의 단점들과 함께 여객선으로도, 화물선으로도 애매한 형태로 인해 10년 운영 후 1972년에 퇴역해 박물관으로 사용되고 있다.
독일의 NS Otoo Hahn의 경우 연구선으로 운용되었으며 10년 운영을 한 1979년에 디젤 엔진으로 엔진을 교체 한 뒤 30년 간 사용하다 2009년 스크랩되었다.
일본의 무츠는 1972년 건조된 뒤 작은 방사능 누출 사고[2]로 인해 국내의 거센 비판이 일었고, 이후 단 한 번도 상업 운영을 하지 못한 채 운영되다 1995년 엔진을 디젤로 교체한 뒤 함명도 RV Mirai로 개명한 뒤 사용 중이다.
쇄빙선의 경우 위의 단점들을 극복할 수 있어서 러시아에서 몇 대 운용 중이다. 앞서 언급한 Sevmorput 역시 쇄빙선을 겸하고 있다.
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