일부에서는 아폴로 계획을 통해 이미 달에 다녀왔는데, 무엇 때문에 막대한 돈을 쏟아 부으며 이 같은 실험을 하는지 의아해 하고 있다. 물론 이번 충돌 실험의 일차적 목표는 물의 존재 여부를 확인하기 위한 것이다.
하지만 지구와 가장 가까운 천체인 달을 불침의 인공위성, 또는 먼 우주 탐사를 위한 전초기지로 만들기 위한 미국의 장기 전략으로 볼 수도 있다. 사실 미국뿐 아니라 우주개발 선진국들은 이 같은 목적으로 달을 선점하기 위한 루나 레이스를 벌이고 있는 상태다.
지난 10월 9일. 미 항공우주국(NASA)의 탐사선과 로켓이 잇따라 달과 충돌하는 우주 그랜드쇼가 펼쳐졌다. 폐기 대상 탐사선인 엘크로스(LCROSS)와 여기서 발사 된 로켓 센토(Centaur)가 그 주인공. 달 충돌 실험은 다음과 같은 과정을 통해 이루어졌다. 우선 엘크로스는 달과 충돌하기 전 로켓을 분리시켜 카베우스 크레이터로 명명된 달의 남극지역에 충돌시켰다.
크레이터란 달 표면에 있는 크고 작은 구멍을 말한다. 그리고 얼마 후 엘크로스 역시 3km 떨어진 지점에 충돌, 2차례의 먼지구름을 만들어냈다. 이 실험의 목적은 달에 물, 즉 얼음이 있는지 여부를 알아내기 위한 것이다. 만일 달의 지하에 얼음이 있다면 얼음조각이 튀어나와 증발할 것이다. 이 때 가시광선과 적외선 파장을 분석하면 물의 존재를 파악할 수 있게 된다.
실제 엘크로스는 로켓을 시속 9,000km로 크레이터에 충돌시킨 후 발생한 먼지구름을 뚫고 지나가면서 5대의 카메라와 3대의 분광계로 가시광선과 근적외선 파장을 관측, 물을 비롯한 화학성분을 추적했다. 이렇게 얻은 실험결과 분석에는 수주일이 소요되기 때문에 현재 시점에서는 달에 물이 있는지 여부를 확실히 말할 수 없다.
하지만 지난 10월 18일 NASA의 수석 과학자인 앤서니 콜라프리트는 "매우 의미 있는 고품질의 결과를 얻고 있다"고 밝혀 이번 충돌 실험에서 기대 이상의 수확을 올리고 있음을 암시했다.
엘크로스 탐사선은 지난 6월 18일 NASA의 달 선행 로봇탐사 프로그램의 일환으로 달 궤도위성, 즉 루나 레커니슨스 오비터(LRO)와 함께 아틀라스5호 로켓에 실려 발사됐다. 미국이 마지막으로 달에 탐사선을 보낸 지 10여 년 만의 일이다.
달 궤도위성은 현재 달 표면 50km 상공의 궤도를 돌면서 안전한 착륙지는 물론 물 이외의 다른 달 표면 자원을 확인하고 있다. 또한 달 궤도의 우주 방사능을 수치화하고, 새로운 우주기술을 실험하는 등의 임무도 수행하고 있다.
지난 7월 2일 달 궤도위성이 촬영한 달 표면, 즉 구름의 바다 사진이 공개됐다. 달 궤도 위성은 해상도 50cm의 3D지도를 제작하고, 아폴로 탐사선이 달 표면에 설치한 장비 사진도 찍어 보냈다.
이 같은 달 선행 로봇탐사 프로그램의 추진 목적은 달에 유인기지를 건설하기 위해서다. 특히 물의 존재는 유인기지 건설과 불가분의 관계를 가지고 있다.
물은 인간의 기본적인 생존에 반드시 필요한 자원일 뿐 아니라 분해하면 로켓엔진의 연료로 쓸 수 있는 수소를 얻을 수 있다. 물론 인간의 호흡에 사용할 수 있는 산소도 확보할 수 있다. 이 때문에 달에 물이 존재한다면 인간의 장기체류가 가능해지고, 먼 우주 탐사에 나서는 로켓연료까지 조달 가능한 유인기지를 세울 수 있다는 얘기다.
미국과 러시아를 위시한 우주개발 선진국들은 우주비행사들이 상주하는 국제우주정 거장(ISS)이 지구궤도를 도는 것과 마찬가지로 달에도 우주비행사가 장기 체류하는 유인 기지를 만들겠다는 계획을 가지고 있다. 이를 통해 국제정치 및 과학기술 무대에서 유인기지를 건설한 나라로서의 입지를 드높이겠다는 것이다.
장기적으로 보면 달 유인기지는 식민지 등으로 발전할 수 있고, 화성은 물론 먼 우주까지 인간의 활동영역을 늘릴 수 있는 발판이 될 수도 있다.
물론 이 같은 달 탐사 계획에는 반대와 수많은 의문도 따른다. 이미 아폴로 계획을 통해 한 번 다녀온 곳을 무엇 때문에 가려고 하는지, 우주에 그렇게 쏟아 부을 돈이 있으면 차라리 지구온난화·환경오염·기아·난민과 같은 지구 현안에 사용하는 것이 더 낫지 않겠느냐 하는 것이 바로 그것. 하지만 이는 달의 유용성을 간과한 사고라는 게 과학자들의 지적이다.
오래 꿈꿔왔던 유인기지 건설
러시아의 우주과학자인 콘스탄틴 치올코프스키(1857~1935)를 포함해 인류가 로켓이나 우주선을 만들기 훨씬 이전부터 달에 유인기지를 건설해야 한다고 주장한 과학자들이 많았다.
1950년대에는 달 유인기지 건설에 관한 공상과학(SF) 소설도 많이 발간됐다. 심지어 달에 사람이 가기 불과 10년 전인 1959년 미 육군 산하 탄도미사일기구의 엔지니어인 H. H. 쾰레는 프로젝트 호라이즌이라는 이름의 계획을 통해 상당히 구체적인 달 유인기지 건설안을 내놓기도 했다.
내용은 이렇다. 우주비행사 2명을 보내는 것을 시작으로 다수의 건설 노동자와 245톤의 건설자재를 달에 보내 1966년까지 유인기지를 짓는다는 것이다. 여기에는 새턴I 로켓 61대, 새턴V 로켓 88대 등 건설자재 운송에 소요되는 로켓의 수도 적시돼 있다.
하지만 달에 먼저 무인 탐사선이라도 보낸 것은 구(舊)소련이었다. 당시 우주개발에서 미국을 한 발짝 앞서가던 구소련은 1959년 인류 최초의 달 탐사선인 루나 2호를 달 표면에 충돌시켰다.
구소련은 이 같은 무인 달 탐사 프로그램에 이어 유인 달 탐사 역시 준비하기 시작했다. 이에 미국 역시 가만 있을 수 없었다. 1961 년 당시 미 대통령 케네디는 의회 연설에서 1960년대가 지나기 전에 사람을 반드시 달에 보내겠다는 발언을 했다. 이에 따라 달에 먼저 사람을 보내기 위한 양국 간의 경쟁, 이른바 루나 레이스에 불이 붙게 된 것이다.
이는 우주개발이 단순한 과학적 목적이 아님을 의미하는 것이다. 즉 국가의 자존심과 국력을 우주에까지 뻗치려는 경쟁의 성격도 띠고 있었다는 것. 이는 그 이후로 40년 이상 지난 현재까지 우주개발의 속성 중 하나로 남아 있다.
오늘날 일각에서는 아폴로 달 착륙 조작설을 주장하기도 한다. 하지만 조작이었다면 이 같은 우주개발의 속성상 달에 대해 꽤 많은 정보를 수집하고, 사람을 달에 보낼 준비까지 했던 구소련에서부터 먼저 반론이 터져 나왔어야 할 것이다.
아무튼 루나 레이스로 인해 당시 세계를 지배하던 냉전구도가 우주로까지 뻗어나간 셈이었다. 결국 미소 양국의 루나 레이스는 1969년 아폴로 11호가 달에 착륙하면서 미국의 승리로 끝났다. 반면 구소련은 달에 무인 탐사선만 계속 보냈을 뿐 유인 임무는 끝내 단 한번도 성공하지 못했다.
이는 지상에서 더욱 돈이 많이 드는 군비 경쟁을 치르고 있던 구소련에게 유인 달 탐사는 재정상 너무나 버거웠고, 이 때문에 달에 유인기지를 세우는 것은 능력 밖의 일이었다.
일반적으로 우주개발 하면 많은 돈이 드는 사업으로 알려져 있다. 하지만 미국의 경우를 보더라도 2008년 회계연도 국방예산은 6,923억 달러인데 반해 NASA의 예산은 125 억 달러에 불과하다. 그만큼 국방비에 비해 절대금액 면에서나 우선순위 면에서나 여러 모로 밀리고 있다는 것인데, 구소련은 이마저 감당할 능력이 안됐던 것이다.
우주에 쏟아 부을 돈을 모두 가난한 사람에게 주어봤자 국방비의 10%를 줄이는 것만큼의 효과도 없다. 그럼에도 불구하고 닉슨 대통령은 1972년 아폴로 17호를 끝으로 21호까지 예정돼 있던 아폴로 계획을 취소시켰다.
이후 미국의 우주개발 중심은 인공위성과 우주왕복선이 주류를 이루는 저(低)지구 궤도 임무로 옮겨갔고, 1966년까지 달 유인기지를 건설하겠다던 프로젝트 호라이즌의 야심찬 목표는 이제 기억하는 사람조차 없는 듯했다.
달에 대한 관심이 식은 것은 아폴로 계획으로 인해 달의 환경이 사람이 장기 거주하기에는 너무나 냉혹하다는 점이 밝혀진 것도 한몫했다. 사람은 물과 식량, 산소를 섭취해야 생명을 유지할 수 있다. 그런데 아폴로 계획에 의한 탐사 결과 달에는 3가지 가운데 어떤 것도 없었다.
그렇다면 달에서 사람이 오래 살기 위해서는 불가피하게 지구에서 물자를 공급해 줘야 한다. 하지만 로켓으로도 3일이나 걸리는 달까지 물자를 보내는 데 드는 막대한 비용은 감당하기 어려운 걸림돌이 될 수밖에 없었다.
이 때문에 달은 지구에서 가장 가까운 천체임에도 불구하고 사람이 장기 체류하며 여 러 가지 실험과 작업을 하기에는 적합지 않은 것으로 인식됐고, 그로 인해 오랫동안 연구자들의 관심 속에서 멀어져 갔다.
화려하게 부활하고 있는 달
달이 다시금 주목의 대상이 된 것은 지난 1990년대에 들어와서다. NASA의 클레멘타인 탐사선(1994년)과 루나 프로스펙터 탐사선(1998년)의 달 탐사결과 달에 물이 있을지도 모른다는 가능성이 대두됐기 때문이다.
실제 클레멘타인 탐사선이 달 표면의 구성 물질을 알아보기 위해 레이더로 관찰한 결과 얼음의 증거일지도 모르는 관찰결과가 나왔다. 또한 루나 프로스펙터 탐사선의 관찰결과를 분석한 NASA 연구자들은 달의 남극과 북극 표면 지하에 물이 얼음 형태로 존재하고 있으며, 그 양이 최소 10억~100억 톤에 이를지도 모른다는 결론을 내렸다.
하지만 확실한 증거를 찾을 수는 없었다. 이에 따라 NASA는 지난 1960년대 여러 대의 달 탐사선을 충돌시켰고, 루나 프로스펙터 역시 달에 충돌시켜 물의 존재를 알아보려 했다. 충돌을 일으켜 달 지하의 물질을 표면 위로 솟구치게 해 그 물질을 관찰하면 지하에 있을지도 모르는 물, 즉 얼음의 존재를 파악할 수 있을 것이라는 판단 때문이다.
하지만 과거의 달 충돌 실험에서 물의 존재를 입증하는 만족스러운 증거가 발견된 적은 한 번도 없다. 게다가 지난해에는 일본 우주항공연구개발기구가 달에는 얼음이 없다며 NASA의 연구결과를 반박하기도 했다.
하지만 상황은 슈뢰딩거의 고양이와도 같다. 아직 달에 물이 없다는 결정적인 증거도 없고, 있다는 결정적인 증거도 없다. 만약 달에 물이 존재할 경우 그 효용은 막대하며, 이를 선점하는 것이 장차 먼 우주탐사의 성패를 결정짓는 열쇠가 될 것이다.
게다가 우주개발 경쟁국들의 무서운 성장도 미국에게는 위협적인 요인이다. 현재 러시아, 중국, 유럽 등은 호시탐탐 미국의 지위를 넘보고 있다. 특히 중국은 지난 2003년 세계에서 3번째로 자국 우주선을 통해 사람을 우주에 보낸 나라가 됐다.
2004년 당시 미 대통령 조지 부시가 2020년까지 사람을 다시 달에 보내고, 2024년에는 달 유인기지를 건설하겠다고 공언한 것도 이 같은 후발주자들과 벌이고 있는 루나 레이스에서 선두자리를 뺏기지 않겠다는 의지의 표현이었다.
루나 레이스에서 질 경우 미국은 자존심은 물론 우주개발을 통한 국력 신장에서도 엄청난 타격을 입게 되는 것이다. 엘크로스 탐사선의 달 충돌 실험에는 이 같은 정치적인 계산과 의지가 깔려 있는 것이다.
앞으로 전개될 달 탐사 계획
최근에는 민간기업과 민간단체도 달 탐사에 나서는 등 달 탐사 분위기가 고조되고 있는 상태다. 구글과 X 프라이즈 재단이 대표적인 경우.
구글은 우주항공 산업의 상용화와 최초의 민간 달 여행을 가능하게 할 3,000만 달러짜리 콘테스트의 후원에 나섰다. 달에 탐사선을 착륙시키고, 지구로 1GB의 이미지와 비디오를 전송하는 기업이나 사람에게 거액의 상금을 주겠다는 것. 이를 위해 구글은 X 프라이즈 재단과 손을 잡았다.
참가자들은 달 탐사를 위한 로켓부터 확보해야 한다. 로켓은 직접 개발해도 되고, 다른 민간기업과 계약을 통해 확보해도 된다. 탐사선은 착륙에도 부서지지 않을 만큼 견고해야 하고, 고화질 비디오 및 카메라를 장착해야 한다.
그리고 로봇 탐지기는 달 표면을 최소 400m 이상 돌아다니며 파노라마 사진을 찍을 수 있어야 한다. 아울러 실시간으로 지구에 비디오 파일을 전송, 구글의 웹사이트로 보여주어야 한다.
물론 민간기업과 민간단체에 앞서 우주개발 선진국들의 달 탐사 계획도 발빠르게 진행 되고 있다. 당장 내후년인 2011년만 하더라도 미국의 그레일 탐사선과 라디 탐사선, 그리고 중국의 창이 2호 탐사선이 달을 향해 날아갈 것이다.
달 유인기지 건설 경쟁도 치열하게 전개되고 있다. 오는 2024년까지 달 유인기지를 건설하겠다는 미국의 계획에 맞서 러시아는 2025년까지 달에 사람을 보내고, 이후 달 유인기지를 건설하겠다는 방침이다.
중국은 2022년까지 달에 사람을 보낼 계획이고, 일본과 인도 역시 2030년까지 달 유인기지를 건설할 계획을 세우고 있다. 우리나라 역시 예외는 아니어서 2020년에 달 궤도선, 그리고 2025년에는 달에 사람을 보낼 계획을 세우고 있다.
달 유인기지가 갖는 메리트
아직 요원한 이야기지만 달에 유인기지가 건설된다면 어떤 이점이 있을까. 이미 건설단계에서부터 많은 이점이 있다.
국제우주정거장과 같은 인공 천체와 비교해 볼 때 달과 같은 자연 천체는 그 자체가 이미 풍부한 천연자원을 가지고 있다. 따라서 유인기지 건설에 필요한 자원 중 상당 부분을 지구가 아닌 달에서 직접 조달할 수 있다. 이는 건설단가를 낮추고, 더욱 큰 구조물을 지을 수 있는 기반이 된다.
또한 같은 무게의 화물을 우주로 발사할 때 중력이 약한 달은 지구보다 더욱 적은 연료와 추력으로 화물을 발사할 수 있다. 이 때문에 달 유인기지가 건설될 경우 먼 우주 탐사에 나서는 우주선의 건조장, 발사장, 연료재급유장 등으로 활용할 수 있다.
그리고 국제우주정거장과는 달리 달에는 약하지만 인간의 성장과 건강 유지에 필요한 중력이 있기 때문에 머물다가는 기지의 개념이 아닌, 아예 그곳에서 사람이 태어나고 자라는 식민지 개념으로 운용할 수 있는 가능성도 있다.
무엇보다 달은 지구에서 가장 가까운 천체다. 이 때문에 달 유인기지는 절대 떨어질 일이 없는 일종의 불침 인공위성으로써 지구의 경제, 국방, 기술발전 등에 공헌할 수 있다. 또한 다른 천체에 비해 왕복에 드는 시간과 돈도 덜 든다. 이 때문에 비상시 지구에서 쉽게 구조대나 구호물자를 보낼 수 있으며, 달 유인기지에서 지구로 돌아오기도 쉽다.
달은 지구와 가깝기 때문에 그만큼 통신도 용이하다. 지구와 달 사이의 통신 때 지연 시간은 불과 3초 이내다. 하지만 다른 태양계 행성에서 지구로 메시지를 보내려면 보통 분~시간 단위가 걸린다. 이 역시 비상시 통신에 중요한 요소다. 이 같은 점들은 최초의 우주기지나 식민지를 만들 때 결코 무시하지 못할 변수가 된다.
달은 인간이 저(低)중력 상태에서 살 수 있는지 관찰하고, 이 같은 상태에서의 생존을 훈련해 화성 등 다른 먼 우주에서도 살 수 있게 하는 훈련장 역할을 할 수 있다. 그리고 지구 중력 하에서는 불가능한 실험도 할 수 있다. 공기가 없기 때문에 천문관측에도 제격이다.
달을 선점해 유인기지를 만드는 나라는 이 같은 엄청난 메리트를 확보할 수 있다. 그러면서도 절대 추락할 위험이 없는 우주영토를 획득하게 되는 것이다. 미국의 엘크로스 탐사선 충돌 실험은 이 같은 메리트를 얻기 위한 작은 걸음인 셈이다.
글_이동훈 과학칼럼니스트 enitel@hanmail.net
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