전자기추진 엔진
Electromagnetic Drive.
1. 개요
RF 공동에 전자파를 주입하여, 내부에 작용하는 전자기력이 상쇄되지 않는 점을 통해 추진력을 낼 수 있다고 주장되는 기술이다.
'''추진제가 필요 없이''' 전기만으로 작동하며 그렇기 때문에 실제로 작동한다면 무게, 연비 면에서 압도적인 우위를 자랑하는 엔진. 몇몇 그룹에서 추력이 발생했다는 실험 결과를 공개했지만, 주류 과학계에서는 떡밥 정도로 취급한다
소개와 함께 간단한 원리 설명이 되어있다.
지지자들은 나사에서 검증했다, 이미 많은 증거들이 있다, 라고 주장하지만, 실제 학계의 반응은 싸늘하다. 우습게도, 나사는 한번도 공식적으로 이 개념에 대해 제대로 긍정한 적이 없다. 오히려 공식 반응은 부정하는 쪽에 가깝다#. 그냥 나사의 한 과학자가 이걸 연구하고 있지만, 딱히 제대로 된 결과는 없습니다, 정도. 전자기추진 엔진 연구자들은 한번도 피어리뷰되는 저널에 논문을 게재한 적이 없으며 (그래서 제대로 검증될 기회도 없었으며) 활동이라고는 자신들의 홈페이지에 실험 결과를 불완전하게 공개하거나, 과학 포럼 게시판에 글을 올리거나 토론을 한 정도에 불과하다. 추력이 발생했다고 주장하지만, 이 추력이라는 것이 너무나도 작다. 이 정도의 추력은 정확히 재는 것 자체가 이미 상당히 도전적인 과제가 되기 때문에, 공개한 결과라는게 추력의 증거라고 인정해주기도 어려운 상황. [1]
이 개념 또는 가장 많이 언급되는 EmDrive의 정보를 접할 때, NASA측에서는 이러이러하다고 밝혔다, 라는 표현을 쉽게 접할 수 있는데 (이 문서에서도!!), 나사에서는 공식적으로 이런 이야기를 한 적이 없으니 적당히 필터링해서 읽어야 한다. 나사의 연구비를 받는, 나사의 한 팀에서 일하는 한 과학자가, 개인적으로 주장하는 것. 나사 오피셜은 진짜 앵간히 큰 일 아니면 이런 미미한 일에 일일이 반응하지 않는다(...). 기초적인 물리 법칙이 깨졌다는 정도의 빅뉴스에 대해 나사가 이런 식으로 찔끔찔끔 언급했다는 주장 자체가 말이 안 되는 것. 즉, 현재로써는 병적과학이 될 가능성이 상당히 높아 조심스럽게, 비판적으로 바라보아야 한다.
2016년 6월 중순, 새로운 논문이 발표되었는데, 일반상대론에서 가속하는 계에서는 흑체복사가 관측되지만, 관성계에서는 관측되지 않는 현상(Unruh radiation)으로 EmDrive 안에서 볼때는 흑체복사 포톤으로 가속되지만, 외부에서 볼 때는 흑체복사가 없음에도 가속되는 것처럼 보인다고 한다. 이는 작동되는가 아닌가의 여부가 아닌, 만약 이게 정말이라면 이 힘일 것이다. 라는 이론이 제시된 것이다. 출처 다만 이 효과 자체도 검증의 대상이며, 이론이 맞다 하더라도 전자기추진 엔진이 이 효과로 작동하리라는 보장이 없으며, 추력의 원인 파악 (또는 추력이 실재하는가에 대한 정밀한 검증) 자체가 워낙 도전적인 일이라 앞으로 갈 길은 멀다.
해당 연구팀은 연구 내용이 현재 전문가 리뷰 중이라 밝혔다. 출처
2. 검증 관련 자료
- 2014년 8월의 NASA 실험에 대한 기사: Full NASA Cannae Drive and EMdrive Test paper shows that there is anomolous thrust and the null test article criticism is wrong
- 2014년 8월의 NASA 실험에 대한 논문: Anomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low-Thrust Torsion Pendulum
- 2015년 2월의 NASA 실험: NASA Emdrive experiments have force measurements while the device is in a hard vacuum
3. 종류
3.1. EmDrive
홈페이지
영국의 Roger Shawyer가 고안한 엔진. 깔때기 같은 모양의 공동에 마이크로파를 가해, 양쪽 끝에 가해지는 복사압의 차이를 이용해 추진을 할 수 있다고 주장한다. 창안자의 주장으로는 끊임없이 외부 에너지가 필요하므로 에너지 보존 법칙에도 위배되지 않으며, 공동이 가속되면서 얻게 되는 운동량은 전자파가 잃는 운동량과 같으므로 운동량 보존의 법칙에도 위배가 되지 않는다고 하지만, 주류 과학계에서는 말도 안되는 소리라고 일축하는 분위기. 운동량 계산에서 군속도를 실제 속도 대신 대입하는 등 그냥 기초적인 개념 레벨에서 이미 오류가 있다고 본다.
양자 요동(Quantum Fluctuation)을 이용한다는 해석도 있다. 불확정성 원리에 따라 진공상태의 공간에서도 늘 자연적으로 입자와 반입자가 쌍생성과 쌍소멸을 반복하는데 이 입자들과의 상호작용으로 추진력을 얻는다는 이야기. 양자 진공 가상 플라즈마(Quantum Vacuum Virtual Plasma)라고도 한다.[2] 아무튼 이 괴한 엔진의 작동 원리는 아직 아무도 확실히 모른다.
개발자의 주장에 의하면 700 와트의 전력으로 88 밀리뉴턴의 추력을 낼 수 있다고 하며, 보다 개선된 차세대 엔진은 1 kW의 전력으로 30 kN의 추력을 낼 수 있다고 한다. 이는 전자레인지를 돌리는 정도의 전력으로 3톤의 추력을 낼 수 있는 수준.
실험적으로 아직 확실히 증명되지는 않았다. 중국 연구진에서 2011년에 실험을 통해 약한 추력이 관측된다고 보고하였고[3] 2013년 NASA 측에서도 추력이 생성되는 것을 확인하긴 했지만, 이 추력이 정말로 예측되었던 그 추력인지 아니면 실험적 오류나 다른 요인에 의한 추력인지는 불분명한 상태. 측정기기가 측정 가능한 최소의 힘의 크기보다 수 배 이상 강한 추력이 관측된 것으로 봐서 적어도 측정기기의 오차는 아닌 듯하다.
NASA 측에서도 진공 상태에서 실험을 하고 싶었으나 실험 장비가 진공 환경에서 사용할 수 없는 장비라 어쩔 수 없이 일반 대기압에서 실험을 진행했다고 한다. 그에 따라 '''그거 그냥 바람 불어서 추력 나온 것처럼 보이는거 아님?''' 이라는 식의 비판이 거세게 일었고, 물론 실험을 진행한 팀에서도 이러한 문제를 인지하고 있어서 진공 상태에서 다시 실험하여 추력을 관측하였다. 자세한 것은 항목참고
3.2. 칸나에 드라이브
홈페이지
미국의 Guido Fetta가 고안한 엔진. 공동에 마이크로파를 가해 추진력을 얻는다는 점은 EmDrive와 같지만, 세부적인 점에서는 차이가 있다. 당장 모양부터 크게 다르다.
공동의 모양은 그림과 같다. 여기에 마이크로파를 가하면 공동의 벽에 생기는 전하 및 전류가 마이크로파의 전자기장과 서로 상호작용하면서 로렌츠 힘을 만들어 내는데, 그 힘이 서로 완전히 균형을 이뤄 상쇄되지 않고 남기 때문에 추진력이 생성된다.
개발자가 직접 세운 회사 Cannae LLC에서 자체적으로 한 실험을 통해 가능성을 확인했으며, 역시 2013년 NASA에서 위의 EmDrive와 같이 실험을 진행해 추력이 생기는 것을 관측하였다. 문제는 그림에서 보이는 슬롯을 제거하여 이론적으로 추력이 생기지 않아야 하는 대조군에서도 거의 같은 크기의 정체모를 추력이 관측되었다는 것(...) NASA 연구진은 이 골치 아픈 문제에 대해 어떠한 설명도 덧붙이지 않고 단지 실험 결과만을 공개하였다. 이것 역시 실험의 진위 여부에 관해서는 논란이 있다.
4. 향후 응용
만일 실제로 작동한다면, 전자기추진 엔진은 매우 효율적이고 유용한 추진 방식이 될 수 있을 것으로 보인다. 무엇보다 가장 큰 특성은 바로 '''추진제(연료용 가스)가 필요 없다는 것.''' 이제껏 우주공간에서 추진 기관으로 이온 엔진이 연구되던 것은 바로 적은 추진제 사용과 그로 인한 높은 연비에 있었는데, 이 전자기 추진은 그러한 이온 엔진마저 뛰어넘어 막대한 추진제가 필요 없이 단순히 전기만으로도 추력을 발생시킬 수 있다. 지금까지 화학에너지를 사용하는 로켓이 전부 원하는 화물 무게의 수십~수천 배의 추진제를 소모해야 했던 점을 생각해 보면 추진제가 없어도 된다는 것이 얼마나 유용할 것인지 상상할 수 있다. 그리고 추진제를 이용한 추진 방식의 문제점 중 하나가 바로 일정 수준을 넘어가게 되면 추진제 자체가 데드웨이트가 되기에 속도 향상에 제약이 있다는 점인데, 이 점을 감안하면 전자기추진 엔진의 한계 속도는 기존의 추진제를 이용한 추진 방식보다도 빠를 확률이 매우 높다.
현 엔진이 실제로 작동할 경우 굉장한 변화를 가져오게 될 것으로 보인다. 예를 들어 NASA 연구진에서 제시한 EmDrive를 이용한 심우주 유인 탐사 시나리오를 보면, 화성 궤도 유인탐사의 경우 300 kW짜리 태양전지를 전력원으로 하는 전자기 추진만으로도 임무 수행이 가능하며, 심지어 '''토성''' 궤도 유인탐사를 하는 데에 90톤급, 2MW 핵발전 전자기 추진 탐사선을 사용하면 단 1회의 로켓 발사만으로 가능할 정도이다. 현재 계획으로는 화성에 유인 탐사를 하는데에도 여러 번의 로켓 발사가 필요한 것에 비하면 엄청난 차이.#
[1] 이게 추력인지 측정오차인지를 구분해내는게 일이다.[2] 여담으로 이 현상을 이용한 엔진도 실제 연구 중에 있다. 미미하나마 추력이 생성됨을 확인했다는 소식도 있었지만 충분히 검증된 것은 아니다.[3] 사실 실험 성공이 2011년이고 이미 그 이전부터 중국에서 개발되었지만, '''중국이니까 오류났을 듯'''이라는 학계의 쿨시크한 관점으로 인해 NASA에서 성공할 때까지는 무시되었다.