러시아 톰스크대학 연구팀이 기존보다 고온에 견딜 수 있는 내열 세라믹 소재를 개발했다. 현재 개발 최종 단계에 있는 이 세라믹 소재는 재질에 탄화하프늄과 지르코늄을 적층한 것으로 최대 3,000도가 넘는 고온을 견딜 수 있다고 한다.

소유즈나 아폴로 같은 우주선은 우주에 갔다가 대기권에 재돌입할 때 특수 수지를 기체에 도장해둔다. 이런 도장이 재돌입을 할 때 증발하면서 발생하는 기화열로 기체를 냉각하는 방식을 취하는 것. 문제는 이런 방식을 이용하면 기체를 재사용할 수 없다는 것. 처음부터 재사용을 목적으로 했던 우주왕복선은 시기에 따라 다르지만 유리섬유나 탄소 복합 소재를 기반으로 표면에 세라믹 코팅 처리한 내열 패널을 기체에 붙였다.

이번에 톰스크대학 연구팀이 발표한 내열 세라믹 소재는 우주왕복선 뿐 아니라 우주선 재사용 실현에 필요한 반복 사용 가능한 외장을 위한 기술이라고 할 수 있다. 내열 패널에는 소재 자체 내열성이 아니라 오히려 단열성이 더 요구된다. 예를 들어 우주왕복선은 내부 구조를 구성하는 알루미늄 소재는 200도 정도에도 연화된다. 우주왕복선 내열 패널은 대기권에 재돌입할 때에는 1,600도까지 상승하는 온도를 불과 10cm짜리 두께로 보호했다.

연구팀에 따르면 새로운 세라믹 소재는 현재 가장 높은 내열 능력을 지닌 합금도 2,000도인 데 비해 3,000도까지 견딜 수 있다고 한다. 이 소재를 기체 외부에 붙이면 반복해서 재돌입을 할 때 이용할 수 있다. 로켓 엔진 분사 버너에 이용한다면 이상 연소로 인한 파손을 방지할 수도 있다. 그 뿐 아니라 기체 각부에 장착한 온도 센서를 보호하는 데에도 도움이 된다는 설명이다.

연구팀은 이 세라믹 소재를 거의 완성했지만 아직 최종 단계는 아니라고 밝히고 있다. 현재 대기권 재돌입을 가정한 고온 스트레스 테스트를 실시하려는 것. 따라서 러시아 우주국 로스코스모스 연구 시설에서 검사와 이용을 위한 검토 진행을 희망하고 있다.

예전에 등장했던 우주왕복선 계획이 철회된 이유 가운데 하나는 셔틀의 운영 비용이 너무 비싼 데 있었다. 여기에는 우주왕복선 표면에 들어간 내열 패널이 열화로 사라지면 수리나 유지 보수에 들어가는 비용이 높았던 게 한 몫 한다. 새로운 내열 세라막 소재를 여러 번 반복 사용할 수 있게 된다면 앞으로 재사용 로켓이나 우주선 개발에도 기여도가 높을 것으로 보인다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

이원영 IT칼럼니스트  b612@glasspad.co.kr

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