오늘은 이온엔진 특징에 대해 정리해봤습니다. 이온 엔진은 우주 SF 영화에 자주 등장하는 소재로 실제 우주 탐사에 활용된 경험이 있는 엔진입니다. 이온엔진은 말 그대로 이온을 방출해서 추진력을 얻는 엔진입니다. 이 엔진을 설명하기에 앞서 이온에 대해 간략히 설명을 드리겠습니다.
이온 엔진
1. 이온
원자는 원자핵과 원자핵을 둘러싸고 있는 전자로 구성되어있습니다. 이 원자는 전기적으로 중성 상태를 유지하는데요. 근데 이 원자가 전자를 얻거나 잃어버리면 전기적으로 마이너스 혹은 플러스 성질을 갖게 됩니다. 우리는 마이너스 성질을 갖게 되면 음이온, 플러스 성질을 얻게 되면 양이온이라고 부릅니다.
2. 이온화
원자는 앞서 중성의 성질을 갖는데, 이 원자에 열을 가하거나 전자가 충돌할 경우 플러스 혹은 마이너스와 같은 전기적 특성을 갖게해 양이온 혹은 음이온으로 바꿔주는 게 이온화라고 합니다.
3. 원리
이온 엔진은 이러한 이온의 특성을 이용해 작동하는 엔진인데요. 이온 엔진의 주연료는 아르곤, 제논 등 폭발성이 없는 원소입니다. 먼저 열핵 로켓을 밀봉하고 추진제를 투입하면 자기장 유도로 전자들이 들어오게 되는데요. 이 전자들은 주연료와 충돌을 하게 되고 주연료 원자의 전자가 떨어지게 되는데요. 이때 나가떨어진 전자가 물체를 밀어내는 힘을 바탕으로 추진력 얻게 됩니다.
4. 장점
- 휘발유, 경유 등 연료와 비교했을 때 연비 굉장히 좋습니다.
- 연비가 좋다보니 연료통이 줄어들면서 장비의 무게를 줄일 수 있습니다.
- 기존 엔진 무게보다 90% 줄일 수 있습니다.
실제로 이온엔진을 사용한 딥 스페이스 1호는 제논 연료 72kg를 이용해 670일 동안 우주 탐사를 했다고 합니다. 다른 엔진이었다면 수십 톤가량 필요하니 연비가 엄청나게 좋다는 것을 알 수 있습니다.
5. 단점
- 추진력이 매우 약합니다.
- 전력 소비가 심합니다.
이온 엔진은 0.02파운드의 출력을 내는데, 이는 종이 한 장을 들고 있는 정도의 힘입니다. 그리고 추진체를 이온화하면서 추진력을 얻기 때문에 많은 양의 전기가 소모됩니다. 때문에 이온 엔진은 지구 대기권을 탈출하는 용도로 적합하지 않기 때문에 방향 전환 등의 용도로 사용된다고 합니다.
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