NASA와 스페이스X, 누가 먼저 화성에 도착할까?

신대륙을 향한 인류의 꿈은 아직도 진행 중이다. 오히려 더 장대해졌다.

지구 정복을 끝마치고 이제는 우주 밖 화성으로 인류의 발걸음을 옮기고 있다.

우주산업의 대명사인 NASA와 '현실판 아이언맨'으로 불리는 스페이스X, 이 둘이 여정의 선두에 서있다.

  • 김형자 과학칼럼니스트 
  • 편집=이창훈

    입력 : 2016.12.09 08:49

    [과학]
     

    화성에 최초로 인류를 보내기 위한 우주선진국의 경쟁이 치열하다. 인류가 달 다음으로 화성에 발자국을 남기려는 이유는, 지구에서 가까운 행성이면서 극지방에 얼어붙은 물이 있어 어딘가에 생명체가 존재할 수 있다는 가능성 때문이다. 또 지구와 비슷한 환경을 가진 점도 주목하는 이유다. 지구보단 약하지만 중력이 존재하고, 지구처럼 자전축이 25.2도 기울어져 계절의 변화가 있고, 엷지만 대기도 있다. 자전주기도 비슷해 24시간37분이다. ‘제2의 지구’로 불릴 만큼 매력적인 이 화성에 어느 나라가 가장 빨리 발자국을 남길까.

    개발 진행되는 NASA의 화성행 로켓

    지금까지 화성을 향해 쏘아 올린 무인 우주선은 40대 이상이고 이 중 로봇이 포함된 것이 7대이다. 무인 우주선과 로봇을 통해 유인 우주선을 보낼 발판을 마련해온 것이다. 미국, 유럽(ESA), 러시아, 중국, 일본, 인도, 네덜란드 등의 정부를 비롯해 민간 기업까지 여기에 나서고 있다.

    이들 가운데 화성에 가장 먼저 인류의 발자국을 남길 가능성이 높은 나라는 미국이다. 미국 항공우주국(NASA)과 민간 우주기업 스페이스X가 유인 우주선 발사에 적극 준비를 하고 있기 때문이다. 네덜란드와 러시아 정부도 각각 2023년과 2025년에 화성에 사람을 보낼 계획을 하고 있지만, 개발 면에서 더디다.

    먼저 NASA의 화성 계획을 들여다보자. 유인 달 탐사를 시작으로 우주 개발 분야에서 주도권을 누려온 NASA는 화성 탐사와 개발에도 가장 적극적이다. NASA가 목표로 하는 인류의 화성 도착 시점은 2030년. 여기에 쓸 로켓은 ‘SLS(Space Launch System)’이다. SLS는 우주왕복선 프로젝트를 종료한 후 2011년부터 개발을 진행한 우주 발사 시스템이다. 143t의 화물을 실을 수 있는 인류 역사상 최대 규모의 시스템이다. 우주왕복선이 25t의 화물을 선적할 수 있고, 아폴로 11호를 달로 보낸 역대 최대 규모의 새턴5호 로켓이 118t까지 실을 수 있는 점을 감안하면 SLS 로켓의 운송 능력이 얼마나 대단한지 알 수 있다.

    우주왕복선(STS)인 디스커버리호의 발사장면. 오늘날 NASA는 SLS 개발에 힘쏟고 있다. /Pixabay

    추력도 대단하다. 2단으로 구성된 SLS는 ‘코어 스테이지’라고 부르는 거대한 1단 로켓과 1단 로켓에 추력을 더해주는 4개의 보조 고체 로켓을 탑재한다. 지구 탈출의 힘을 보탠 보조 로켓 덕분에 SLS는 새턴5호 로켓보다 추력이 20%나 높다. 역사상 가장 강력한 추력이다. 또 1단 로켓에는 연료인 액체 수소와 산소를 담을 탱크 2개도 탑재된다. 이미 제작과 조립이 상당 부분 끝나 2018년 첫 시험 발사를 목표로 하고 있다. 이때는 무인으로 한다.

    SLS 로켓은 화물을 운송하는 용도로 쓰이지만, 화성 유인 탐사선 수송용으로도 사용할 다목적 시스템이다. 사람을 우주로 보낼 때와 화물을 우주로 보낼 때, SLS 로켓의 핵심 부분을 공유하고 나머지 부분은 교체한다는 방식이다. 이 같은 방식을 선택한 이유는 개발 비용을 대폭 줄일 수 있기 때문. SLS 로켓 한 대의 개발 비용은 120억달러(약 12조원)에 달한다. 또 비용 절감을 위해 지구로 돌아올 때 쓸 연료도 무인 우주선으로 미리 화성에 보내 놓는다.

    SLS 로켓에 탑재될 우주선은 4인용 오리온(Orion). 오리온에는 비상정지 작동장치 우주비행사의 건강 유지 시스템, 우주에서 안전하게 재진입하는 구조 등 시스템이 다양하게 구성되어 있다. 이런 시스템을 바탕으로 지난 10월 27일에는 승무원 모듈 시험을 마친 상태이다. 오리온의 계획된 모든 테스트가 끝나면 SLS 로켓에 실려 화성으로 향하게 된다. NASA는 시간이 조금 지체되더라도 이미 축적된 기술을 바탕으로 단 한 번에 안전하게 인류를 화성에 보낼 방법을 선택하고 있다.

    스페이스X, 2022년부터 화성에 인류 보낸다

    미국에서는 민간 기업들의 화성 탐사 의지가 강하다. 특히 일정 면에서 정부 주도의 프로젝트보다 더 빠른 진행을 보이고 있다. 일론 머스크가 운영하는 스페이스X의 경우 2018년부터 2년 간격으로 화성에 무인 우주선을 발사해 정착지 건설 장비들을 보내고, 사람을 태운 우주선은 2022년에 최초로 발사할 계획이다. 또 금세기 안에 인구 100만명이 정착할 수 있는 도시를 화성에 건설하겠다는 내용을 최고경영자 일론 머스크가 밝히고 있다.

    이 계획의 중심에는 스페이스X가 개발 중인 ‘행성 간 이동 시스템(ITS· Interplanetary Transport System)’이 있다. ITS는 한 번에 사람 100명 또는 화물 100t을 수송할 수 있는, 보잉 747 항공기 2대 길이의 거대 시스템이다. 무엇보다 로켓을 재사용하는 기술이 눈에 띈다. ITS는 시속 3560㎞의 속도로 대기권을 벗어나는데, 지구 궤도에 도달하면 이곳에서 1단 로켓과 2단 로켓의 분리 작업이 이뤄진다. 이후 탑승 모듈(우주선)이 실려 있는 2단 로켓은 궤도에서 대기하고 있고, 1단 로켓은 지구의 발사대로 귀환해 재사용된다. 1단 로켓에 2단 로켓과 같은 크기의 연료 보급선을 달아 다시 발사되는 것. 연료 보급선은 궤도에 대기 중인 2단 로켓에 접근해 연료를 공급한다.

    스페이스X는 발사한 로켓의 1단 부분을 바다 위 무인선으로 온전히 회수하는 데 처음으로 성공했다. /조선일보 DB

    이렇게 궤도상에 올라가서 연료를 채우는 이유는 ITS의 중량과 발사 비용을 줄이기 위해 연료 탱크를 비운 채로 발사되기 때문이다. 이 경우 지구에서 연료를 채우고 발사할 때보다 비용을 500%나 절감할 수 있다. 제 역할을 마친 1단 로켓은 또다시 지구로 돌아온다. ITS는 거의 모든 부분을 재사용한다. 발사체는 1000회 이상, 연료 보급선은 100회, 우주선은 12회 정도 다시 쓸 수 있도록 해 비용을 최대로 줄이는 게 목표다.

    연료를 공급받은 2단 로켓은 10만㎞/h 속도로 화성을 향해 출발한다. 지구에서 출발해 화성까지 도달하는 데는 약 3개월이 걸린다. 화성에 도달하면 영화처럼 우주선에 탑승한 채 그대로 화성에 착륙한다. NASA가 계획하는 각종 우주 정거장과 랑데부 개념을 배제한 혁신에 가까운 프로젝트다.

    ITS는 연료 선택에서도 비용 절감 의지를 보이고 있다. ITS 로켓의 연료는 메탄. 지구에서 미리 수소를 준비해 가, 화성의 대기 중 95%를 차지하는 이산화탄소와 결합시켜서 직접 메탄 연료를 만들어 지구로 돌아온다는 발상이다. 스페이스X는 현재 메탄을 연료로 쓰는 ‘랩터 로켓 엔진’을 테스트 중이다.

    일각에서는 스페이스X의 이런 계획을 실현 가능성이 낮다고 보고 있다. 로켓 개발, 우주방사선 피폭, 화성 착륙 문제 등 여러 가지 복잡한 위험이 도사리고 있기 때문이다. 하지만 비록 실패한다 한들 어떠리. 머스크가 던지는 구체적인 화성 프로젝트는 막연하게만 생각했던 과학계에 이미 신선한 자극이 되고 있으니 말이다.

    <본 기사는 주간조선 2432호에서 발췌했습니다.>

    차세대 수퍼급 입자가속기 개발 경쟁
    몸속 세포 볼 수 있는 ‘꿈의 빛’ 쏘다
     
  • Copyright ⓒ 조선일보 & Chosun.com
  • 이전 기사 다음 기사
    기사 목록 맨 위로