1970년대에 만들었지만 아직도 인류가 이해 못하고 있는 발명품

대부분의 SF물에서 우주선의 추진기로 사진과 같은 형태의 물건을 본적이 있을 것이다.

원형으로 된 추진기에서 푸른색 불꽃이 후면으로 나오는 이 물건은

사실 SF에만 있는 것도 아닌데다가 심지어 1970년대에 만들어진 기술이다.

우주개발 경쟁이 한창이던 냉전시대

소련은 이 같은 형태의 "홀 효과 추력기(Hall-effect thruster)" 를 만들었고

이 기술은 냉전이 끝나고 2022년이 된 지금까지도 사용되고 있다.

물론 그 성능은 SF에 나올법한 초대형 우주선의 메인엔진으로 쓸 수는 없는데

홀 효과 추력기는 기본 추력 자체가 낮은 대신 연비가 매우 좋은 시스템이기 때문이다.

이러한 높은 연비는 궤도상에서 오래 떠있어야 하며

미세한 컨트롤을 필요로 하는 인공위성에서 매우 중요한 기술로

일론 머스크의 스타링크 위성도 저 홀 효과 추력기를 사용한다.

문제는 이 홀 효과 추력기에 대해 아직도 인류가 이해 못하는 부분이 많다는 것이다.

어떤 원리로 이 추력기가 작동하는지에 대해서는 완성 당시부터 알고 있음에도 불구하고

왜 이런 성능이 나오는지,

어떻게 해야 최고 성능을 낼 수 있는지에 대한

과학적인 분석이 거의 불가능하다는 것

원리 자체는 고전 물리학으로도 계산이 가능하기 때문에

초기 과학자들은 이 추력기의 추력을 계산했을 때 당황했다.

추력기의 성능이 계산보다 너무 높게 나왔던 것,

일반적인 경우 이론보다 성능이 좋게 나오면 좋지만

우주에서 미세한 성능 차이는 큰 결과로 이어지기 때문에

이런 계산으로는 추력기를 만들 수 없었다.

그래서

머리와 손으로 하는 계산을 때려치우고

컴퓨터 시뮬레이션을 하려 했더니 이번에는 밀도가 너무 낮아

일반적인 맥스웰 - 볼츠만 분포를 쓸 수가 없었다.

그 이후로도 다양한 가정들이 나왔지만

그 어떠한 가정도 홀 추력기의 오차 성능을 계산이나 시뮬레이션 할 수 없었고

현대에 이르러서는

"이렇게 만들어 보니 더 좋은 성능을 내고 있음"

라는 설계로 만들어지고 있다고 한다.

출처 : https://twitter.com/lougrims/status/1516013489722216450

(플라즈마 로켓 엔지니어)