이번 연구는 기존 로켓 연료의 환경적 문제를 해결하면서도 성능과 안정성을 동시에 확보해, 우주 추진 기술의 친환경 전환을 앞당길 핵심 성과로 주목받고 있다.

관련 논문은 추진제 및 연소 분야 국제 학술지 ‘연료’에 게재됐다.

최근 위성 군집 운용, 달 탐사 등 장기 우주 프로젝트가 늘면서 추진제의 ‘저장성’이 중요 과제로 떠오르고 있다.

오랜 시간 보관 후에도 즉시 시동이 걸리고 안정적으로 작동해야 하기 때문이다.

이에 포스텍 기계공학과 이안나 교수와 박사과정 이정락 씨 연구팀은 이산화탄소나 그을음을 배출하지 않으면서 보관과 취급이 용이한 암모니아에 주목했다.

암모니아는 수소 저장 효율이 높고 장기 보관이 가능하지만, 불이 잘 붙지 않는 낮은 점화성이 실용화를 막는 문제였다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 아산화질소(N₂O)를 산화제로 사용하고, ‘회전 활주 아크(RGA) 플라즈마 점화 기술’을 적용했다.

RGA 플라즈마는 3차원 공간에서 플라즈마를 활성화해 암모니아 연료에 안정적으로 불을 붙이고 연소를 지속시킨다.

실험 결과, ‘암모니아–아산화질소’ 추진계는 기존 ‘아산화질소–탄화수소’ 조합보다 추진 효율(비추력)이 높고 연소 온도는 낮았다. 당량비 0.33~3.0의 넓은 범위에서도 화염이 안정적으로 유지됐으며, 암모니아와 아산화질소 모두를 플라즈마 시동 가스로 활용할 수 있어 재시동성과 운용 유연성이 크게 향상됐다.

이번 연구는 저장이 용이한 연료와 단순한 산화제 조합, 안정적인 플라즈마 점화를 결합함으로써 ‘탄소 중립·저열 부하·재시동 가능성’을 동시에 실현할 수 있는 친환경 추진 기술의 새 로드맵을 제시했다는 평가다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 우수신진연구사업의 지원을 받아 수행됐다.