[KOSEN PICK] Adios 2023 과학계
2023-12-18
관리자
다사다난했던 한 해가 저물었습니다. 2023년도 다양한 과학 이슈들이 세상을 떠들썩하게 했습니다. KOSEN이 선정한 올 한 해 과학계를 뜨겁게 달궜던 이슈, 지금 바로 만나보시길 바랍니다!
◆ 한국형발사체 '누리호' 발사 성공
한국의 우주기술을 선진국 반열에 올린 한국형발사체 누리호. 한국항공우주연구원은 지구 저궤도에 1.5톤급 실용위성 발사체를 개발하고 지난 6월 나루우주센터에서 두 번째 발사에서 성공했다. 올해 5월에는 실제 위성을 싣고 우주로 날아오르며 대한민국의 우주기술 독립을 이끄는 데 기여한 공로를 인정받았다.
<사진 출처 : 한국항공우주연구원>
◆ 초전도체 LK-99 ‘근거 없음’ 결론
한국 연구진이 상온 상압 초전도체 ‘LK-99’를 개발했다는 논문이 알려지면서 국내는 물론 해외에서도 논란이 일었다. 결국 한국초전도저온학회 검증위원회는 “초전도체가 아니라”는 결론을 내렸다. 검증위가 공개한 백서에 따르면 초전도체임을 보여주는 데이터가 제시되지 못했다는 점, 그리고 국내외 다른 연구자의 재현 연구에서 초전도체 특성이 나타나지 않았다는 점을 강조했다. 검증위는 논문 원저자들이 애초 LK-99의 전기저항이 ‘0’이 됐음을 보여주지 못했다고 지적했다.
<사진출처 : 퀀텀에너지연구소>
◆ 코로나19 극복한 mRNA 기술
코로나19 시기에 큰 역학을 했던 mRNA 백신. 이를 개발한 연구자에게 올해 노벨생리의학상이 돌아갔다. mRNA 백신은 그동안 백신 개발에 사용되던 단백질 기반의 백신과는 전혀 다른 원리로 작동한다. 단백질 백신은 세포 배양을 통해 DNA에서 단백질을 생산하고 정제하는 과정이 필요하지만, mRNA 백신은 원하는 단백질의 정보를 담은 염기 서열 정보만 있으면 이런 과정 없이 시험관에서 합성이 가능하다. 그만큼 백신 개발에 드는 시간이 줄지만 해결해야 할 과제도 많았다. 연구자는 험난한 여정 끝에 백신 개발에 성공했다.
<사진출처 : 이미지투데이>
◆ 대덕특구 50살…미래성장동력 전진기지로
대한민국 과학기술 중심지로 성장해 온 대덕특구가 50살을 맞았다. 대덕특구는 1973년 ‘연구학원도시 건설기본계획’이 수립되면서 충남 대덕 일대에 대덕연구단지라는 이름으로 조성됐다. 정부출연연구기관을 중심으로 연구 기반이 확충되고 산학연 연계한 연구 활동이 본격화되면서 ‘대한민국 과학기술 1번지’로 자리잡았다. 현재 1만7천여 명의 박사급 인재와 25개 정부출연연구기관, 2400여 개 첨단 기술기업, 7개 대학이 모여 20조 원 이상의 부가가치를 창출하고 있다.
<사진출처 : 대전시>
◆ R&D 예산 대폭 삭감
내년도 과학기술 R&D 예산 삭감에 따른 논란이 크다. 2024년 과학기술 R&D 예산은 25조9천억 원으로 올해(31조 1천억 원)보다 5.2조(16.6%)나 줄어든다. R&D 예산이 전년보다 감소하기는 1991년 이후 무려 33년 만에 처음이다. R&D 예산 삭감에 대해 많은 연구자들은 국가 과학기술 경쟁력 약화를 우려하고 있다. 또 현장 연구원의 사기 저하와 연구인력 해외 유출 심화, 대학 이공계 기피 현상도 우려된다고 지적했다.
<사진출처 : 이미지투데이>
우주 발사체 1단 엔진의 개발 동향
김채형 (한국항공우주연구원)
보고서는 현재 운용되고 있는 대형 발사체의 1단 구성 방식과 엔진 특성에 대해 설명한다.
우주 발사체는 단일 발사체가 아닌 2~4단으로 구성된다. 특히 1단은 발사부터 지구 중력을 벗어나야 하므로 추력이 높은 엔진이나 발사체가 요구된다. 또한 탑재 중량이 증가함에 따라 보다 강력한 추력이 필요하고 나라별로 엔진 자체의 추력을 키우거나 여러 엔진을 클러스터링하는 방식으로 1단의 추력을 높이고 있다.
올해 발사된 누리호도 1단 엔진은 75톤급 엔진 4개를 클러스터링 한 300톤급으로 구성됐다. 이처럼 1단 엔진의 구성의 중요해 짐에 따라 나라별로 다양한 엔진 클러스터링 방법을 연구하고 있다.
나라별 대표 발사체로는 미국 Delta IV, Falcon heavy, 중국 Long March 5, 유럽 Arian 5, 러시아 Proton-M 등이 있다. 미국의 Delta IV Heavy는 2004년 최초 발사해 총 15회 발사됐다. 1단 엔진 구성은 기존 Delta IV Mediu 버전에 GEM-60 고체로켓 부스터가 액체로켓 부스터로 교체되어 성능이 향상했다.
유럽 ESA의 Arian 5는 2003년 4월부터 2017년 12월까지 82회 발사에 성공했다. 2023년 7월 발사를 마지막으로 Arian 5 모델의 운용은 종료됐으며, 현재 Arian 5를 성능 개량한 Arian 6 모델이 개발 중이다. 코어 1단의 경우 Vulcain 1엔진에서 Vulcain 2엔진으로 개량돼 장착돼 있다. 최대 추력은 960kN, 540초간 연소가 이루어진다.
러시아의 Proton-M은 구소련 시절 개발이 시작된 대형 발사체로 2001년 4월부터 상업적인 목적으로 첫 발사가 이루어졌다. 2023년 3월까지 발사가 진행됐으며 총 115회 발사 중 104회 발사 성공률을 보인다. Proton-M은 3단으로 구성돼 있으며 선택적으로 4단까지 가능한 발사체이다.
중국을 대표하는 대형 발사체인 Long March 5는 CALT에서 개발한 3단형 발사체다. 첫 발사는 2016년 11월에 시작되어 2020년 5월까지 9번 발사해 8번 성공했다. 1단은 코어와 4개의 부스터로 구성돼 있다.
양자스핀액체 모형의 기술 동향
이동진 (인하대학교)
이 보고서는 양자스핀액체 기술의 발전 현황을 비롯해 최근 연구 동향, 앞으로의 과제 등을 살펴본다.
양자스핀액체는 1973년 처음으로 개념이 제안된 이후 양자통신 및 양자컴퓨팅에 잠재력이 큰 것으로 알려져 집중적으로 연구되고 있다. 하지만 실험적 검증은 여전히 큰 과제로 남아 있다.
보고서에 따르면 자성물질은 자유에너지를 최소화하기 위해 전자스핀을 일정한 방향으로 정렬하는 성향이 있다. 하지만 상호작용이 경쟁하는 삼각격자의 경우 세 번째 스핀은 다른 두 스핀에 대해 서로 다른 방향으로 정렬할 수 있으며, 절대온도 0도에서도 스핀 방향은 결정되지 않은 상태로 유지된다.
1973년 P. W. Anderson은 2차원 삼각격자에서 상호작용하는 스핀을 설명하기 위해 서로 다른 방향을 가진 스핀이 쌍을 이루어 스핀 홑겹상태를 형성하고 격자 내부를 마치 액체처럼 움직일 수 있는 상태가 스핀 기저상태라고 주장했다. 스핀 홑겹상태가 공명적으로 변해간 상태를 공명가전자결합(RVB)이라 부르며, RVB 상태의 파동함수는 스핀 홑겹상태의 가능한 모든 구성의 선형 중첩으로 설명된다.
이러한 새로운 양자 상태를 양자스핀이라 하며 장거리 자기 질서 부재, 결정격자 또 스핀의 자발 대칭 깨짐이 발생하지 않음, 스핀 사이의 장거리 얽힘 및 분수 양자 홀 효과 등의 특징을 갖는다. 또 양자스핀액체가 처음 제안된 이래로 실험적으로 수많은 재료가 양자스핀액체의 후보로 제안됐다.
최근 몇 년 동안 양자스핀액체에 대한 연구는 많은 진전을 이루었지만, 아직 해결하지 못한 문제가 있다.
○ 보고서 원문 바로가기 : https://kosen.kr/info/kosen/REPORT_0000000001784
국내외 대형연구시설 중심 데이터 활용 및 클러스터 전략 방안
조형례 (한국기초과학지원연구)
빅데이터, 인공지능(AI) 등을 활용한 기술혁신 경쟁이 치열해지며 대형연구시설이 중요한 연구 인프라로 떠오르고 있다. 대형연구시설은 원천연구개발의 근간이 되며, 연구개발 활동의 효율성 증대, 연구시설·장비 개발 등으로 인한 경제성 창출, 다양한 응용기술 개발 등으로 상업화에 영향을 끼치는 중요한 도구가 되고 있다.
우리나라에서 대형 연구시설은 50억 이상의 구축 비용이 필요한 연구시설 장비를 말한다. 대형연구시설은 R&D의 질적 수준과 실용화에 대해 크게 기여, 연구시설 장비 개발 관련 산업과 응용기술 개발 등 다른 산업으로도 파급효과가 크다. 이에 각국에서는 새로운 산업 발전의 계기를 마련하기 위한 중요한 정책적 도구로 고려해 선제적 투자 및 대응 진행하고 있다.
이에 보고서는 대형연구시설과 관련해 정책적 제언을 한다. 첫째, 국내외 사용자 협력을 기반으로 하는 데이터 활용 시스템을 발굴하고 정책에 적용할 필요가 있다. 둘째, 대형연구시설의 데이터 중심 클러스터는 실험데이터의 저장, 운송, 공유, 활용 등을 위한 인프라 구축 및 저장·운영 기술 확보 등이 선제적으로 이루어져야 할 것이다.
또 셋째, 제도적 장벽을 제거하고 단계적으로 연구데이터 활용이 가능한 방침을 세워나가야 한다. 넷째, 국가 차원에서 권역별 데이터 허브를 구축하고 연구데이터를 활용할 수 있는 전략을 세워가야 한다. 다섯째, 대형연구시설의 데이터 인프라 중심 인력 협력체계 및 인력 교류, 인력 양성 등의 프로그램이 국가 차원에서 고려되어야 한다.