인류는 운송을 할 때 휘발유 같은 화석연료에 의존하고 있다. 하지만 화석연료는 온실가스르 만들어내고 매장량이 한정되어 있는 문제가 있다. 그런데 우한대학기술과학연구소 연구팀이 이런 화석연료를 필요로 하지 않고 전기 만으로 구동하는 항공기용 제트 추진 장치 프로토타입을 발표했다.
기존 제트엔진은 가져온 공기를 포함한 산소와 화석연료를 연소시켜 열에너지를 만들어내고 이 열에너지로 연소가스를 가열, 팽창시켜 추진력을 얻는다. 다시 말해 제트엔진에서 화석연료는 열에너지를 생산하는데 활용되고 있는 것.
연구팀은 이런 열에너지를 플라즈마에서 창출하는 제트엔진 프로토타입을 만든 것이다. 화석연료를 필요로 하지 않는 이 엔진은 공기를 고압으로 압축해 마이크로파에서 이온화, 열에너지를 생성해 추력을 만들어낸다.
엔진 구조는 구동할 때 먼저 마그네트론을 이용해 1kW 고출력 마이크로파를 생성한다. 이 마이크로파가 도파관 중 가장 가늘어지는 부분에 접합된 석영관 입구 부근에서 강력한 전기장을 만든다. 이 전기장을 통과하도록 석영관을 향해 압축 공기를 세척하는 과정에서 압축 공기 중 질소와 산소로부터 전자를 제거하고 냉각 성능과 저압 플라즈마를 생성, 도파관에서 플라즈마 내 하전입자를 압축하고 이온과 원자, 전자가 진동해 자주 충돌해 서로 열에너지를 빠르게 만들어낸다.
과열된 플라즈마에 의해 석영관 속에 횃불 모양 불꽃이 형성된다. 이 불꽃은 전력에 따라 출력이 변동되고 최대 출력에선 1,000도 이상에 도달한다. 연구팀은 이 프로토타입 기계가 만들어내는 출력은 28N/kW로 상용 항공기 제트엔진에 필적한다고 밝히고 있다.
물론 이번에 발표한 건 어디까지나 프로토타입으로 실제 항공깅용 제트엔진과는 스케일이 다르다. 프로토타입이 만들어낸 기류는 실제 제트엔진보다 1만 5,000분의 1 크기이며 추력과 출력도 1,000분의 1 이하다. 프로토타입을 실물 크기로 하면 플라즈마가 안정되지 않을 가능성도 있어 아직 여러 과제가 남아있을 수 있는 것.
그럼에도 연구팀은 이 디자인이 화석연료를 필요로 하지 않고 온실가스나 지구 온난화를 일으키는 탄소 배출이 없다는 점을 들어 기존 화석연료에 의한 제트엔진의 잠재적 대안이 될 수 있을 가능성에 대해 주목하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.