원자력연, 자체 개발 원자력전지 안정적 전력 생산 능력 실증

2022년부터 누리호 성능검증위성 탑재해 실증

한국원자력연구원이 개발한 우주용 원자력전지 모습. ⓒ한국원자력연구원

한국원자력연구원은 자체 개발한 원자력전지가 장기간 안정적인 전력 생산 능력을 갖췄다고 9일 밝혔다.

원자력연에 따르면 원자력전지를 지난 2022년부터 누리호 성능검증위성에 탑재해 지구 저궤도에서 신뢰성을 평가한 결과, 장기간 안정적인 전력 생산 능력을 실증했다.

홍진태 원자력연 동위원소연구부 박사 연구팀이 개발한 원자력전지는 플루토늄 동위원소(Pu-238)를 열원으로 한다. 열을 전기로 변환하는 열전소자, 전지 내부 열 손실을 막고 열을 전달하는 열제어 구조체로 구성된 열출력 10W급 소형 원자력전지다.

2022년 11월부터 올해 5월까지 1년 반 동안 원자력전지가 전기 출력을 장기간 유지할 수 있는지 검증했다.

이를 위해 원자력전지 출력전압과 내부 온도를 위성 본체가 전달받아 데이터를 일정 기간 저장한 뒤 지상국과 교신 시 데이터를 전송해 왔으며, 이 데이터를 분석해 정상 작동 여부를 평가했다.

그 결과, 출력 감소나 부품 고장 없이 약 120mW 전력을 지속적으로 생산하고 있었다.

이는 앞서 진행한 단기성능시험(2022년 7~10월)에서도 확인된 목표 전기출력(120±50mW)을 장기간 유지할 수 있음을 입증한 것이다.

이번 실험에서는 지구 저궤도에서 방사성물질 사용을 금하는 UN 국제규범에 따라 방사성동위원소 열원을 전기 히터로 대체했다.

위성 본체에서 공급된 10W의 전력으로 전지 내부 전기 히터를 가동해 방사성동위원소 붕괴열과 동일한 열을 발생시켜 실험한 것으로, 목표 전력을 정상적으로 생산할 수 있음을 확인하는데 성공했다. 극저온 달 표면에서 환경온도 모니터링, 우주방사선 계측 등의 임무를 수행할 수 있는 수준이다.

연구팀은 향후 달 착륙선에 원자력전지를 탑재해 달 표면에서 전력 생산을 실증할 계획이다. 나아가 달 표면 자원 추출 등에도 원자력전지가 활용되도록 출력 및 안전성 등의 성능 고도화를 목표로 하고 있다.

정영욱 하나로양자과학연구소장은 “달과 화성 탐사 등 우주의 극한 환경에서 무사히 임무를 완수할 수 있는 고성능 원자력전지 개발을 위해 앞으로 더욱 노력하겠다”고 밝혔다.