미국의 우주 원자력 에너지 및 추진 프로그램은 이를 둘러싼 정치적·재정적 모멘텀이 커지고 있음에도, 임박한 운영상의 도전과 장기적인 위험에 직면해 있다. 8월 13일 열린 Space Nuclear Industry Symposium에서 정부 관계자와 업계 대표들은 여러 프로젝트의 진척 상황을 소개했다. 여기에는 2028년 말까지 핵전기추진 시스템 발사를 목표로 하는 NASA의 Space Reactor 1 Freedom 프로젝트와 달에서 사용할 원자력 에너지 시스템 개발을 위한 Lunar Reactor 1 프로그램이 포함된다.
백악관 과학기술정책실의 전략 역량 조정관인 Aaron Miles는 이 프로그램들이 우주 및 원자력 에너지 부문에 대한 관심이 함께 높아지는 교차점에 있다고 말했다. 그는 현재 단계가 그 영향이 한 세대에 걸쳐 이어질 수 있는 기회라고 표현했다. 그러나 이러한 관심이 미국이 계획을 지속 가능한 생산 체계로 전환하는 능력에 영향을 줄 수 있는 제약을 없애지는 않는다.
HALEU 연료가 병목이 될 수 있다
가장 두드러진 도전 중 하나는 우주 원자로에 사용될 가능성이 높은 고분석 저농축 우라늄 연료, 즉 HALEU와 관련되어 있다. Miles는 미국이 현재 HALEU 세라믹 연료 생산 라인을 보유하고 있지 않다고 지적했다. 동시에 소형 모듈형 원자로를 비롯한 지상 원자로 프로그램에서도 같은 연료에 대한 수요가 증가하고 있다.
미국 에너지부는 현재 HALEU의 유일한 국내 공급업체다. 7월 23일 에너지부는 SR-1 임무에 사용하기 위해 NASA에 수량을 공개하지 않은 HALEU를 배정한다고 발표했다. 또한 전년도에 다른 원자로 기업들에 유사한 배정을 한 데 이어, 원자로 전문 기업 Radiant에도 연료를 배정했다.
NASA 첨단 원자력 에너지 기술실의 책임자인 Jeremy Kenny는 HALEU의 가용성과 공급망이 활동 확대에서 비롯된 긍정적인 도전이지만, 우선순위를 정하고 필요한 물량을 확보하는 과정에서는 장애물로 바뀔 수 있다고 말했다. 제기된 다른 위험으로는 원자로 부품 공급망, 원자력과 우주 분야의 전문성을 동시에 갖춘 인력의 제한, 이용 가능한 지상 시험 장소의 부족 등이 있다.
병렬 프로그램들이 같은 자원을 놓고 경쟁한다
NASA의 프로그램들은 진공 속에서 운영되지 않는다. 동시에 다른 상업 및 정부 기관들도 소형 원자로를 개발하고 있으며, 이는 연료와 부품, 전문 인력을 둘러싼 경쟁을 심화시킬 수 있다. 그 예로 기지에 전력을 공급할 초소형 원자로 개발을 목표로 하는 미국 육군의 Janus 프로그램이 있다.
육군 시설·에너지·환경 담당 수석 차관보인 Jeff Waksman은 육군이 곧 이 프로그램에 따라 초소형 원자로 개발을 진행할 5개 기업의 이름과 함께, 이 원자로들이 배치될 기지 및 총예산을 발표할 것이라고 말했다. Janus는 우주 응용에 초점을 맞추고 있지는 않지만, Waksman은 이 프로그램을 첨단 원자력 에너지 응용의 선봉이라고 표현했으며, 기술적 중복과 이용 가능한 전문 인력의 제한 때문에 육군이 NASA와 협력하고 있다고 밝혔다.
실제로 이는 우주 원자력 프로그램의 성공이 지상 및 우주 프로그램들이 연료와 인력, 시설을 놓고 직접 경쟁하기보다 수요를 조정할 수 있는지에 부분적으로 달려 있을 수 있음을 의미한다. Miles와 Waksman은 모두 영구적인 우주 원자력 산업 역량을 구축하려면 공공 부문과 민간 부문의 협력이 필요하다고 강조했다.
더 먼 문제: 2029년 이후에는 무슨 일이 일어나는가?
우려는 장비의 준비 상태에만 국한되지 않는다. 기술·정책·전략 분야에서 NASA의 전직 책임자였던 Bhavya Lal은 현재 프로그램에 대한 지원이 안정적인 제도적 틀보다 특정 인물과 정치적 입장에 더 많이 연계되어 있을 수 있다고 경고했다. 그는 우주 원자력 프로그램이 3년 뒤에도, 특히 2029년 1월 새 미국 행정부가 출범할 때에도 계속 존재할 것인지에 대해 직접적인 의문을 제기했다.
Lal은 SR-1 임무가 충분히 명확한 고객을 확보하지 못했다고 본다. 이 임무에는 SkyFall이라는 이름의 화성 헬리콥터군을 포함한 기술 실증 탑재체가 실리지만, 이 탑재체는 다른 임무로 발사될 수도 있다. 또한 LR-1 달 원자로 프로그램은 SR-1에 직접 의존하지 않는다. 그의 주장에 따르면 실제로 SR-1의 지속을 필요로 하는 것은 SR-2, SR-3, SR-4 임무이지만, 이 임무들은 아직 존재하지 않는다.
이 상황은 실질적인 위험을 안고 있다. SR-1이 예정대로 2028년 12월에 발사되더라도, 후속 행정부가 이후 임무들을 취소할 수 있다. 이러한 우려에는 역사적 선례가 있다. 미국은 1960년대에 최초의 우주 원자로인 SNAP-10A를 발사했지만, 이후 후속 임무들은 취소되었다.
프로그램을 안정시키려면 무엇이 필요한가?
Lal은 NASA가 SR-1 발사 전에 SR-2 임무에 착수하고, 임무가 지연될 경우를 대비해 대체 계획을 마련해야 한다고 제안했다. 또한 의회가 프로젝트의 진행 상황을 보고받는 데 그치지 않고, 다년간의 재정 배정을 승인함으로써 프로그램에 대한 소유권을 갖도록 해야 한다고 촉구했다.
이러한 제안은 도전 과제가 원자로 하나를 발사하는 데만 있는 것이 아니라, 자금 조달과 제조, 시험, 후속 임무를 잇는 연속적인 체계를 구축하는 데 있음을 보여준다. 이러한 지속성이 없다면 미국은 단일 기술 시연을 성공적으로 수행할 수는 있어도, 확장 가능하고 지속 가능한 우주 원자력 역량을 반드시 구축하지는 못할 것이다.