현재 NASA에서 개발중인 오리온 다목적 유인 탐사선과는 관련이 없는 이야기입니다.

핵무기

1940 년대 중반 핵분열의 놀라운 폭발력을 가진 핵무기를 본 각국의 정치인들과 과학자들은 이를 어떻게든 써먹으려는 계획을 세웠습니다. 대부분은 무기로, 그리고 몇몇은 평화적인 이용으로 사용하려는 계획이었습니다. 무기로써는 전술 핵포탄, 핵어뢰, 대공 핵미사일, 핵 로켓, 핵베낭, 핵지뢰, 핵 바주카 등 매우 괴악한 무기들을 만들어 냈고, 평화적인 이용으로도 핵폭탄을 터뜨려서 운하와 터널을 파려고 했었습니다. 이 막대한 에너지를 우주 탐사를 하는데 써먹을 방법으로 고안한 것이 이 글에서 다룰 핵추진 로켓입니다.

핵 펄스 추진 로켓

사 실, 핵추진 로켓이라 함은 두 가지 의미가 있습니다. 열핵 로켓(Nuclear thermal rocket) 과 핵 펄스 추진 로켓(Nuclear pulse propulsion rocket)이 있는데요, 우리가 다루어 볼 것은 핵 펄스 추진 로켓입니다. 열핵 로켓은, 쉽게 말해서 원자로의 열로 연료(수소)를 데워 팽창하는 힘으로 추진하는 것입니다. 한편, 핵 펄스 추진 로켓은, 핵무기를 추진 동력으로 삼는 겁니다.

열핵 로켓(좌)와 핵 펄스 추진 로켓(우)의 상상도.

핵 펄스 추진 로켓의 방식은, 여러분이 생각하고 계신 그대로의 방식입니다. 

핵무기 우주선 뒤쪽에서 폭발시켜, 그 반동으로 우주선이 날아간다는 방식입니다. 

현재는 여러 가지 의미에 의해서 열핵 로켓이 조금 더 중점적으로 연구되고 있습니다.

오리온 프로젝트

초기의 오리온 계획 디자인

 폭 발물을 우주선 뒤에서 폭발시켜 추진력을 얻는다는 발상은 1881년 러시아의 폭발물 전문가 리콜라이 카르바치치에 의해 처음 제안되었고, 그 폭발물로 핵무기를 사용하는 우주선은 1946년 스타니스와프 울람에 의해 처음 고안되었으며. 1947년 로스 앨러모스의 프레드릭 라이네스와 함께 연구를 제시하였습니다.

 실 제 프로젝트가 "오리온 프로젝트"로 이름붙여져 시작된 건 1958년입니다. 이때는 테드 타일러와 프리먼 다이슨(그 다이슨 스피어를 제시한 사람입니다)에 의해 추진되었습니다. 프린스턴의 프린스턴 고등 연구소에서 연구를 진행하였으며, 당시에는 일반 화약식 폭발물로 모형 실험을 진행하였다가, 이후 1963년 부분적 핵실험 금지 조약(우주에서의 핵실험 금지)로 인해 프로젝트가 종료되었습니다. 

추진 방법

오리온 계획에서 계획된 추진 방법을 순서대로 나타내면, 다음과 같습니다.

1. 핵무기를 로켓에 잔뜩 실어둔다.

2. 기존 화학 로켓 (등의 방사능을 발생시키지 않는 방법)으로 로켓을 지구 궤도까지 옮긴다. 더 막나가면 이 단계는 생략될 수 있다.

3. 우주선 뒤쪽 살짝 떨어진 부분에 핵무기를 둔다.

4. 폭☆발 시킨다.

5. 핵폭발이 추진체(텅스텐 등)을 증발-플라즈마화시켜 우주선 방향으로 내뿜는다

6. 플라즈마 덩어리들이 우주선의 반사판에 부딛히며 우주선이 앞으로 나간다.

7. 목적지에 도착할 때 까지 3~6번 단계를 반복한다.

8. 도착.

구조

초기의 오리온 계획 디자인

 폭 발물을 우주선 뒤에서 폭발시켜 추진력을 얻는다는 발상은 1881년 러시아의 폭발물 전문가 리콜라이 카르바치치에 의해 처음 제안되었고, 그 폭발물로 핵무기를 사용하는 우주선은 1946년 스타니스와프 울람에 의해 처음 고안되었으며. 1947년 로스 앨러모스의 프레드릭 라이네스와 함께 연구를 제시하였습니다.

 실 제 프로젝트가 "오리온 프로젝트"로 이름붙여져 시작된 건 1958년입니다. 이때는 테드 타일러와 프리먼 다이슨(그 다이슨 스피어를 제시한 사람입니다)에 의해 추진되었습니다. 프린스턴의 프린스턴 고등 연구소에서 연구를 진행하였으며, 당시에는 일반 화약식 폭발물로 모형 실험을 진행하였다가, 이후 1963년 부분적 핵실험 금지 조약(우주에서의 핵실험 금지)로 인해 프로젝트가 종료되었습니다. 

추진 방법

오리온 계획에서 계획된 추진 방법을 순서대로 나타내면, 다음과 같습니다.

1. 핵무기를 로켓에 잔뜩 실어둔다.

2. 기존 화학 로켓 (등의 방사능을 발생시키지 않는 방법)으로 로켓을 지구 궤도까지 옮긴다. 더 막나가면 이 단계는 생략될 수 있다.

3. 우주선 뒤쪽 살짝 떨어진 부분에 핵무기를 둔다.

4. 폭☆발 시킨다.

5. 핵폭발이 추진체(텅스텐 등)을 증발-플라즈마화시켜 우주선 방향으로 내뿜는다

6. 플라즈마 덩어리들이 우주선의 반사판에 부딛히며 우주선이 앞으로 나간다.

7. 목적지에 도착할 때 까지 3~6번 단계를 반복한다.

8. 도착.

구조

기본적으로, 거대한 스카이콩콩처럼, 유압장치로 핵폭발의 충격파로 인해 뿜어저 나온 플라즈마를 반사하여 그것을 추진력으로 변환합니다. 크게 탑재 부분, 추진체(핵폭탄) 탄창, 추진 모듈로 나누어져 있습니다.

 탑재 부분은 기본적으로 일반 우주선과 크게 다르지 않습니다. 우주인이 생활하는 부분이며, 핵폭발에 의한 방사능을 방호하기 위해 금속으로 처리되어 있습니다. 

추진 부분

추 진 부분에서는, 각각의 핵무기를 정가운데에 있는 관으로 옮기고, 그 관에서 핵무기를 발사하여 판에 뚫어놓은 구멍을 지나 우주선의 뒤쪽에서 폭발시키는 방식으로 계획되어 있었습니다. 핵무기가 폭발하면 플라즈마화 된 추진체가 반사판에 닿고, 방어판(반사판)이 뒤로 밀려나며 유압 장치에 폭발력을 분산하게 됩니다.

추진용 핵무기 하나. 

기본적으로 이들의 핵무기는 그림에서 보다시피 성형작약 구조로 되어 있습니다. 중간의 핵장치에서 핵무기가 폭발하고 그 충격파가 중간에 충전재를 거치고, 이후 추진체를 플라즈마화시켜 발사하게 됩니다.

각각의 핵무기는 만들어지는 함선의 종류에 따라 수십 톤에서 수십만톤(Mt)의 TNT에 해당하는 폭발력을 가졌습니다.

구상품들

여러 오리온 우주선들의 상상도. 하지만 대형 버전은 나와있지도 않다.

그 어마어마한 스케일을 한 번 봅시다.

궤도 시험용 오리온 계획의 구상도.

 기본적으로는, 기존의 화학 로켓을 이용하여 우주로 올린 후 곧바로 출발하거나, 궤도상에서 조립하여 출발하는 방식으로 계획되었습니다. 이 과정에서는 당시 동시에 계획 및 제작되던 새턴 V의 1단-2단 로켓을 사용할 계획이었습니다. 

 한편, 현대, 혹은 그 이후에 구상하는 계획으로는 우주 엘리베이터를 사용하여 조립하는 방식으로 우주에서 건조하는 방법도 논의되고 있습니다. 

1. 초기 구상

 일단 지표면으로부터 핵무기를 이용하여 추진한다는 계획에서. 궤도 시험용은 880톤, 폭 25미터에 높이 10미터로 계획되었습니다. 500km의 지구 저궤도에 올릴 수 있는 질량은 총 300톤. 세 턴 5 로켓이 총 무게 3350톤에 촉 10미터, 높이 110미터, 페이로드 130톤이였다는 것을 생각해 보면 상당히 좋은 효율입니다. 여기서 지상에서부터 우주까지 가는 데에는 TNT 0.03킬로톤(30톤급 폭발력, 참고로 핵 바주카인 데이비 크로켓의 폭발력이 20톤급입니다.)의 핵무기 800개를 이용하여 추진하면 달 편도 여행은 170톤, 화성 궤도 왕복 비행에는 80톤을 나를 수 있습니다. 

M-338 데이비 크로켓(좌) 와 그 탄두 MK-54(우). 이 폭탄은 TNT 10톤의 폭발력으로써, 핵배낭으로도 쓰였다. 들고있는 사람은 신경쓰지 말자.

표로 나타내면 다음과 같습니다.

한편, 다른 가설로써 이런 식으로 계획되었다는 말도 있습니다.

이 슈퍼 오리온의 질량인 8백만 톤은 거의 도시 하나에 필적하는 질량으로써, 8,045톤 질량의 에펠탑 1천개에 해당하는 질량이며, 50만톤인 부르즈 할리파 16개, 두개 합쳐서 150만톤인 (구) 세계 무역 센터 건물 11개에 해당하는 수치입니다. 기자의 피라미드도 550만~600만 톤에 해당하는 질량으로써, 그냥 지구에다 지어도 세계에서 가장 거대한 건물 레벨에 들 수 있습니다. 이 슈퍼 오리온은 '세대 우주선'으로 구상되었습니다.

...하지만 이것도 구상된 것 중에 최대 규모는 아닙니다.

2. 성간 탐사용

3초마다 1메가톤급 핵무기를 하나씩 폭발시켜 에너지를 얻는 방식입니다. 이 경우, 일반적인 핵분열 폭탄-즉 원자 폭탄이 아니라, 수소 폭탄의 폭발력을 이용하여 추진하게 됩니다.

이 경우, 폭발력을 더욱 더 잘 활용하기 위해, 반구형으로 된 구조물로 폭발력을 한 점으로 모아 추진하게 됩니다(확실하지 않음).