美, 달 착륙선에 '아메리슘 히터' 싣는다… 플루토늄 품귀 속 혹한 돌파 노림수

미국 우주기업 파이어플라이 에어로스페이스와 제노 파워가 이르면 2028년 발사할 민간 달 착륙선에 5와트 열출력 규모의 아메리슘-241 기반 방사성동위원소 발열체를 탑재하는 상용 계약을 체결했다. 세계원자력뉴스(WNN)는 21일(현지시각) 두 기업이 달의 혹한을 견디는 발열 패키지 실증 협약을 맺고 달 표면 장기 체류를 위한 전력원 확보에 나섰다고 보도했다.

이번 실증은 글로벌 플루토늄 공급난을 우회하는 차세대 우주 원자력 전원 기술로, 장기 심우주 탐사를 준비하는 한국 우주항공청과 원자력 연구 생태계의 전원 개발 방향에 직접적인 기준점을 제시한다.


제노 파워가 개발한 야간 생존 패키지는 5와트 열출력을 내는 아메리슘-241 발열체와 독자 플랫폼으로 구성된다. 해당 플랫폼은 구조, 통신, 전력, 명령·데이터 처리, 열관리 하위 시스템을 통합해 외부 지원 없이 스스로 작동한다.
아메리슘-241 원소가 자연붕괴하면서 방출하는 열을 이용하므로 태양광이 완전히 차단된 상태에서도 관측 장비의 동결을 막고 내부 온도를 유지한다.

탑재체 운송을 맡은 블루 고스트는 파이어플라이 에어로스페이스의 상용 착륙선이다. 이번 임무는 미국 항공우주국(NASA)의 민간 달 탑재체 서비스(CLPS) 사업 테두리 안에서 추진된다. 블루 고스트는 달 앞면에 착륙한 후 지구 시간 기준 약 14일에 이르는 낮 동안 태양광 발전으로 항공우주국 과학 장비를 구동한다. 이후 해가 지면 제노 파워 발열 장치로 전환해 관측 데이터를 지구로 송신한다.


달 표면은 대기가 희박해 열을 가두지 못한다. 미국 항공우주국 집계 기준 달 적도 부근 온도는 낮에 화씨 250도(섭씨 약 121도)까지 치솟지만, 밤에는 화씨 영하 208도(섭씨 약 영하 133도)까지 떨어진다. 햇빛이 전혀 들지 않는 영구 음영 극지 분화구는 냉각 강도가 더 강하다. 자체 열원 공급 체계 없이는 장기 관측 장비가 생존하기 어렵다.

기존 탐사선은 주로 플루토늄-238을 사용해 장비를 보온했다. 2019년 달 뒷면에 착륙한 중국 창어 4호도 1와트급 플루토늄 발열 장치로 밤을 넘겼다.

그러나 플루토늄-238은 글로벌 생산 기반 축소로 심각한 공급 부족에 직면해 있다. 제노 파워는 사용후 핵연료에서 추출할 수 있는 아메리슘-241을 채택해 연료 공급 안정성을 확보했다. 파이어플라이는 2025년 1차 착륙 당시 낮 14일 운용 후 일몰 구간에 진입하며 화씨 영하 275도(섭씨 약 영하 170.6도)를 실측한 바 있다.

이번 아메리슘 발열체 실증은 한국 우주항공청과 한국원자력연구원이 추진하는 차세대 우주용 동위원소 전지 개발 과제와 직결된다.

원자력연구원은 상용 원전 폐기물 재활용 연구를 통해 동위원소 열원 확보 기술을 연구해 왔다. 이번 실증이 성공하면 한화에어로스페이스, LIG D&A 등 한국 달 착륙선 부품 기업들은 플루토늄 대비 확보가 용이한 아메리슘 기반 열제어 및 전력 하위 시스템 설계를 표준화하는 기회를 얻는다.

반면 상용화 경로에는 엄격한 방사성 물질 발사 인허가 규제가 변수로 작용한다. 미국 백악관이 국가안보대통령각서(NSPM)를 통해 민간 우주 수송 확대를 추진하고 있으나, 동위원소 탑재체 발사는 연방항공청(FAA)과 에너지부(DOE)의 복합 안전 평가를 거쳐야 한다.

미국 주도 공급망 참여 과정에서 국제무기거래규정(ITAR) 통제가 유지될 경우 한국 기업의 독자 시스템 접근이 지연될 수 있다는 점은 주요 위험 요인이다.

도널드 트럼프 미 행정부는 2030년까지 연간 1000회 이상 우주 발사를 달성한다는 정책 목표를 세우고 민간 인프라 확충을 독려하고 있다. 달 표면에서 원자력 열원 생존성이 입증되면 우주 자원 탐사와 인프라 구축 경쟁은 기존 태양광 중심에서 방사성동위원소 기반 독립 전원망 중심으로 재편될 전망이다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com