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May 20, 2023

DARPA, '붉은 10월' 조용한 잠수함 추진 프로그램 개시

1990년 Sean Connery 영화 스릴러 The Hunt for Red의 줄거리를 따옴

DARPA는 1990년 Sean Connery 영화 스릴러 The Hunt for Red October의 줄거리를 참고하여 움직이는 부품이 없고 자석과 전기를 사용하여 물 속에서 추진력을 제공하는 초저소음 잠수함 드라이브를 개발하고 있습니다.

붉은 10월(Red October)에서 소련의 슈퍼잠수함은 실제 기술을 기반으로 한 가상의 스텔스 드라이브를 장착했습니다. 1950년대 후반부터 엔지니어들은 자기유체역학(MHD)이라는 이국적인 개념에 관심을 가져왔습니다. 이는 매우 간단한 추진 메커니즘을 생성하는 매우 간단한 원리입니다.

MHD 드라이브에서는 공기나 물과 같은 유체에 전하가 부여된 후 전자기장에 의해 가속되어 추력을 생성합니다. 기본적으로 MHD 드라이브는 한쪽 끝에 전극이 있고 그 주위에 자기 코일이 있는 속이 빈 튜브로 구성됩니다. 장치에는 샤프트, 기어, 프로펠러, 터빈 또는 제트가 없기 때문에 소음이 거의 발생하지 않으며 소음이 발생하는 소량이라도 천연 자원에 기인할 수 있습니다.

이러한 스텔스 드라이브는 잠수함 전투에 매우 중요합니다. 잠수함을 사냥꾼으로부터 숨길 수 있을 뿐만 아니라 소나가 데이터를 수집할 때 보트의 간섭 오디오 신호를 제거하여 정찰 및 정보 임무에 큰 도움이 될 것입니다.

문제는 이 기술이 그토록 가치가 있다면 왜 두 척의 실험용 수상 보트를 제외하고는 60년 넘게 사용되지 않았느냐는 것입니다. 대답은 두 가지입니다. 첫째, 전자기 코일은 매우 강력해야 하며 잠수함에 설치할 수 있을 만큼 가볍고 효율적인 코일을 만드는 것은 쉽지 않습니다. 두 번째는 자기장, 전류 및 바닷물의 상호 작용으로 인한 부식, 가수분해 및 침식으로 인해 전극이 많은 마모를 견뎌야 한다는 것입니다.

최근 몇 년 동안 자석 개발에 큰 진전이 있었지만 여전히 개선의 여지가 있으며 전극을 만드는 데 적합한 재료를 찾는 것이 여전히 문제로 남아 있습니다.

이를 극복하기 위해 DARPA는 Connery 씨의 빛나는 존재 없이도 실용적인 군용 MHD 드라이브를 만들기 위해 이러한 문제를 해결하기 위한 다양한 접근 방식을 취하는 42개월 동안의 해저 자기 유체 역학 펌프 원리(PUMP) 프로그램을 수립했습니다.

"현재까지 자기유체역학 드라이브에서 입증된 최고의 효율성은 1992년에 약 4테슬라의 자기장 강도를 사용하여 약 30%의 효율로 6.6노트를 달성한 30m(100피트) 선박인 야마토-1호였습니다. "라고 DARPA 국방과학실의 PUMP 프로그램 관리자인 Susan Swithenbank는 말했습니다. "지난 몇 년 동안 상업용 핵융합 산업에서는 자기유체역학 드라이브에서 잠재적으로 90%의 효율을 얻을 수 있는 20테슬라의 대규모 자기장을 입증한 REBCO(희토류 바륨 구리 산화물) 자석이 발전했습니다. 이제 PUMP는 높은 자기장 발생에 대한 유리천장을 깨뜨린 만큼 전극 소재 문제를 해결하기 위한 돌파구를 마련하는 것을 목표로 하고 있습니다."

전극의 경우, 가장 큰 장애물은 전극 표면 위에 가스 기포가 형성되는 경향이 있다는 것입니다. 이는 전극을 절연시켜 효율성을 감소시키며 기포가 붕괴되면 마치 망치로 반복적으로 두드린 것처럼 전극을 손상시킬 수 있습니다. 다양한 시간과 길이 규모에서 자기장, 유체 역학 및 전기화학 반응의 상호 작용을 평가하는 컴퓨터 모델을 개발함으로써 유체 역학, 전기 화학 및 자기학을 조정하여 효율성을 높이면서 손상을 줄이는 것이 가능할 수 있습니다.

Swithenbank는 "우리는 동일한 기포 발생 문제를 다루기 때문에 연료 전지 및 배터리 산업의 새로운 재료 코팅에 대한 통찰력을 활용하기를 희망합니다"라고 말했습니다. "우리는 군사적으로 관련된 규모의 자기 유체 역학 드라이브를 마침내 실현하는 데 도움이 되는 팀을 구성하기 위해 모든 분야의 전문 지식을 찾고 있습니다."

출처: DARPA