나사, 2021년 달 찍고 2033년 화성 땅 밟는다 -

출처 : http://www.hani.co.kr/arti/science/science_general/802107.html

나사, 2021년 달 찍고 2033년 화성 땅 밟는다
등록 :2017-07-10 10:56 수정 :2017-07-10 11:00

[미래&과학생명]
미 화성행 로켓·우주선 개발 현장을 가다

인간이 가장 먼저 우주에 나간 건 1961년 소련 유리 가가린의 우주비행이다. 가장 멀리 나간 건 1969년 아폴로 11호의 달 착륙이다. 미국 항공우주국(나사)은 2030년대 화성에 인류를 보내려 한다. 지구와 달 사이 거리의 200배가 넘는 먼 곳이다. 나사의 ‘화성으로의 여행’(저니 투 마스) 준비가 한창인 우주센터들을 둘러봤다.


휴스턴 존슨우주센터에 설치돼 있는 화성 여행용 우주선 오리온 모형.

“쿵쾅 쿵쾅 쿵쿵쿵.”

지난달 19일(현지시각) 미국 텍사스 휴스턴에 있는 미 항공우주국(나사) 존슨우주센터의 신속시제품연구실에서는 저 깊은 지하부터 치솟아오른 듯한 굉음이 사방을 진동시키고 있었다. 우주선 조종석처럼 꾸며진 시뮬레이터 기기 안에 누워 눈앞 화면에 펼쳐지는 우주 광경을 바라보며 콘솔(조종기판)에 붙어 있는 버튼들을 눌러보니 마치 우주선을 타고 우주를 여행하는 듯한 착각에 빠져들었다. 이곳에서는 나사의 ‘화성으로의 여행’(저니 투 마스) 프로젝트에 쓰일 우주선 ‘오리온’의 조종석 기기판을 연구·제작하고 있다. 나사는 2030년대 인간을 화성에 보내려는 계획을 세워놓고 있다. 오리온은 화성 여행 때 4명의 우주인이 타고 갈 우주선이다. 이날 시뮬레이션에 쓰인 영상은 2014년 12월5일 오리온 시험비행 때 찍어놓은 실제 영상이다. 공상과학 영화에 나오는 최첨단 장비를 상상하며 들어간 가상 조종석에 설치된 버튼과 스위치들은 아날로그 시절 쓰이던 구식이어서 의아했다. 오리온 조종기판의 인터페이스를 연구하고 있는 제프리 폭스는 “위험한 순간에도 가장 쉽게 대처할 수 있는 적합한 조작 방식을 우주비행사들의 의견을 반영해가며 찾아가고 있다. 심한 진동과 좁은 공간 등 조건 때문에 터치스크린 등 첨단기술이 우주여행에 더 유리한 것은 아니다”라고 말했다.

화성 갈 로켓 2019년 첫 시험발사, 2026년엔 달궤도 1년 체류 실험, 4명 탑승 우주선·로켓 개발 한창
시뮬레이션 영상 보며 버튼 누르니 우주선 타고 실제 여행하는 기분
“사진 보는 것과 체험하는 건 달라 이것이 화성에 직접 가야 할 이유”


우주 정주생활 연구용 시설인 ‘헤라’.

나사의 화성 여행 프로젝트는 2015년 발표됐다. 지난 5월 워싱턴에서 열린 심포지엄에서 나사는 2018년 프로젝트 본격 가동 및 화성 여행용 로켓의 첫 시험 발사, 2021년 유인 우주선 발사, 2026년까지 달 궤도에 우주정거장 구축 및 1년 체류 실험, 2033년 이후 유인 화성 탐사 등 구체화된 청사진을 내놓았다.

이날 존슨우주센터 우주선모형시설에서는 오리온 테스트가 한창 진행 중이었다. 이곳에는 오리온 모형이 놓여 있고, 실제 우주선은 미국 록히드마틴(명령모듈)과 유럽 에어버스 디에스(서비스모듈)에서 제작 중이다. 모형이지만 실제 크기와 똑같이 생긴 오리온 내부를 들여다보니 8.5㎥의 좁은 공간에 비치 의자처럼 생긴 조종석이 4개 놓여 있다. 나사는 2021~2022년께 우주비행사를 태운 오리온이 달 근접 궤도까지 갔다 귀환하는 계획을 세우고 있다. 우주인들의 건강과 의료 문제를 연구하고 있는 제시카 보스는 “승무원들이 좁은 공간에서 21일 동안 생활해야 하기에 안전은 가장 우선돼야 하는 문제”라고 말했다.

존슨우주센터에서는 우주 정주생활 실험인 ‘헤라’(HERA)가 진행되고 있었다. 30~59살의 자원 우주인들을 밀폐된 유사 우주공간에 ‘감금’한 채 45일 동안 생활하게 하면서 9개의 폐회로텔레비전(CCTV)으로 관찰해 신체·심리적 변화 자료를 축적한다. 엘리자베스 스펜스 헤라 연구팀장은 “우주에서 발생할 신체적·심리적 상태 변화를 예측하는 것은 화성 탐사 등 장기 우주여행을 위해 꼭 필요한 작업”이라고 강조했다.



나사의 또 다른 우주센터인 앨라배마 헌츠빌의 마셜센터에서는 오리온을 우주로 실어 나를 로켓인 ‘스페이스 론치 시스템’(SLS·에스엘에스) 개발이 진행되고 있다. 독일 브이(V)-로켓 개발자 폰 브라운이 미국에 건너와 달 탐사 로켓 새턴-5를 만든 곳이다. 에스엘에스는 최초의 유인 달 탐사 50돌인 2019년 화성 여행을 위한 첫 발사가 계획돼 있다. 지난달 21일 방문한 마셜센터 안 너른 벌판에는 21층 높이의 파리 개선문처럼 생긴 거대한 철골 구조물이 우뚝 서 있었다. 에스엘에스의 핵심추진체(코어 스테이지)에 쓰일 연료탱크의 압력, 진동 및 충격에 대한 내구성 등을 연구하기 위한 장치다. 새뮤얼 스티븐스 추진체실험 책임연구원은 “모형 연료탱크를 만들어 로켓 발사 때 탱크가 파손되거나 폭발하지 않는 조건을 데이터화해 실제 연료탱크 제작에 쓰이도록 하는 게 실험 목적이다. 액체수소를 넣어 실험하면 폭발 위험이 있기 때문에 액체질소를 탱크 바닥에 넣어 수소를 넣었을 때와 똑같은 냉각 환경을 만든 뒤 실험을 한다”고 설명했다. 본격 실험은 올해 가을 이뤄질 예정이다. 실제 연료탱크는 이곳에서 1100㎞ 떨어진 뉴올리언스 미슈조립공장에서 제조된다.

에스엘에스는 지금까지 개발된 어느 로켓보다도 더 크고 더 무거운 탑재물을 실어 나를 수 있는 대형 발사체다. 나사는 현재 네 종류의 에스엘에스를 개발할 계획을 세워놓았는데, 첫째로 사용할 SLS 블록-1만 해도 높이가 98.1m로 자유의 여신상보다 크고, 이륙추력이 3991t으로 747제트기 8대와 맞먹는다. 추력은 새턴-5 로켓보다 15% 더 크다. 탑재중량은 77t으로 어른 코끼리 12마리를 실어 나를 수 있는 용량이다. 우주왕복선 탑재중량의 3배다. 본격적인 화성 탐사를 위해서는 높이 111.3m, 추력 4173t의 훨씬 향상된 SLS 블록-2 개발이 필요하다. 존슨센터에 옆으로 뉘여 전시돼 있는 새턴-5는 로켓 꼭대기에서 맨 아래 엔진 노즐까지 걸어가는 데만 1분30초가 걸릴 정도로 거대했다. SLS 블록-2는 이것보다 훨씬 클 것이라 상상하니 경외심마저 일었다.

마셜우주센터의 샤론 콥 에스엘에스프로그램운영 및 전략소통팀장은 “화성에 대해 이미 많은 것을 알고 있지만 그 정보들은 사진을 통해 얻은 것으로 직접 탐사를 통해 접촉하고 느끼는 것과는 다르다. 화성에 인간이 직접 가야 하는 이유”라며 “오리온을 탑재한 SLS 블록-1의 첫 발사는 2019년에 진행될 것”이라고 밝혔다. 애초 내년에 실시하려 했으나 액체수소탱크 용접 문제, 오리온 서비스모듈 제작 지연 등으로 다소 늦춰진 것으로 알려졌다.

기업들도 2020년대 화성여행 추진
민관 ‘공존경쟁’이 경쟁력의 뿌리
근우주는 민간이…나사는 심우주로


미국 앨라배마주 헌츠빌의 마셜우주센터에 설치된 차세대 대형발사체 ‘스페이스 론치 시스템’(SLS)의 연료탱크 검증 장치(왼쪽). 건물 21층 높이의 철골 구조물에 연료탱크를 매달고 압력, 진동 및 충격에 대한 내구성 등을 실험할 예정이다.

나사의 ‘화성으로의 여행’ 프로젝트와 별도로 민간기업인 스페이스엑스는 2022년 유인 화성 탐사 우주선을 쏘아 올릴 계획이라고 밝히고 있다. 스페이스엑스 목표의 현실성에 대해 묻자 콥 팀장은 “그들은 엄청난 전진을 보여주고 있고 우리에게도 그들이 성공하는 것이 중요하다. 그들이 정기적으로 우주정거장에 가는 일을 맡아주면 우리는 더 먼 우주 여행에 시간과 관심을 쏟을 수 있다”고 말했다. 이런 방식의 ‘공존 경쟁’은 미국 과학 경쟁력의 근간이다. 2000년대 초 생명과학자 크레이그 벤터는 공공 부문의 인간게놈프로젝트(HGP)에서 독립해 민간기업 셀레라 지노믹스를 설립하고 ‘샷건’이라는 방식으로 게놈 해독을 완성해 게놈 연구에 새로운 국면을 열었다.

고정환 한국항공우주연구원 한국형발사체개발사업 본부장은 “스페이스엑스의 성공은 나사의 지원이 있었기 때문이다. 스페이스엑스 쪽에서 요청하면 나사가 기술지원을 제공하게 돼 있다. 나사는 우주정거장 화물 운송 등은 민간에 맡기고 나사는 심우주로 향한다는 생각을 갖고 있다”고 말했다. 화성 여행을 놓고 나사와 스페이스엑스가 경쟁하는 모양새를 보이지만 실제로는 공존을 위한 전략인 셈이다.


미국 휴스턴에 있는 나사 존슨우주센터에 전시된 달 유인탐사용 로켓 새턴-5. 2030년대 화성에 인간을 실어나를 ‘스페이스 론치 시스템’(SLS) 로켓은 이것보다 훨씬 더 크다.

미국 휴스턴·헌츠빌/글·사진 이근영 선임기자 kylee@hani.co.kr