반세기 만의 유인 달 비행 성공했는데… 화성 유인 탐사 가로막는 난제들은

[1989세상 누구도]

반세기 만의 유인 달 비행 성공했는데… 화성 유인 탐사 가로막는 난제들은

화성으로 가는 발사 기회 26개월마다 한 번씩
우주비행사, 방사선 노출·폐쇄 공간 스트레스
달보다 중력 강한 화성… 시스템 복잡해져
현지 자원 활용 관건… "반복 검증 시간 오래 걸릴 듯"

홍아름 기자
입력 2026.04.13. 06:00
미 항공우주국(NASA)의 허블 우주 망원경이 촬영한 화성과 위성 포보스./NASA
미 항공우주국(NASA)의 허블 우주 망원경이 촬영한 화성과 위성 포보스./NASA
인류가 다시 달로 향하고 있다. 미 항공우주국(NASA)의 아르테미스 2호는 지난 1일(현지 시각) 우주비행사 4명을 태우고 발사돼 달 비행에 성공했고, 지난 6일에는 인류 최장거리 유인 우주비행 기록을 새로 썼다. 약 반세기 만의 유인 달 비행은 인류가 다시 심우주로 나아가고 있다는 상징이 됐다.

앞으로 NASA는 달을 기지로 삼아 화성 탐사에 나설 예정이다. 표면적으로는 달과 화성은 모두 지구 밖 다른 천체로 가는 탐사다. 하지만 우주 공학에서는 두 임무의 성격이 전혀 다르다.

강경인 우주항공청 우주과학탐사부문장은 13일 "탐사선을 보내는 기본 개념 자체는 비슷하지만, 실제 탐사 관점에서는 (화성은) 궤도 진입, 대기 진입, 착륙, 재이륙, 귀환까지의 전 과정이 달과는 비교하기 어려울 만큼 복잡해진다"고 설명했다.

◇ 멀어서 더 어렵다… 화성 유인 탐사의 난제들

화성은 지구에서 달보다 훨씬 멀리 있다. 지구에서 달까지의 거리는 약 38만㎞로, 며칠 안에 닿을 수 있다. 하지만 화성까지의 거리는 평균 약 2억2500만㎞로 편도로도 7~10개월이 걸린다. 왕복과 체류까지 생각하면 임무는 2~3년짜리 장기 원정이 된다. NASA는 유인 화성 탐사는 총 16억㎞(10억마일)가 넘는 여정이 될 수 있다고 본다. 그만큼 식량, 물, 산소, 의약품, 예비 부품, 전력, 폐기물 처리를 오래 버틸 수 있게 만들어야 한다는 뜻이다.

문제는 멀리 갈수록 실어 보낼 수 있는 화물의 양이 줄어든다는 점이다. 화성으로 가려면 지구 중력장을 벗어나기 위해 더 큰 속도 변화가 필요하고, 이를 위해 추진제 비율이 커진다. 따라서 같은 발사체 성능이라도 생명유지장치나 장비, 보급품에 쓸 수 있는 탑재 질량 여유가 줄어든다.

게다가 화성으로 가는 창은 자주 열리지도 않는다. NASA와 제트추진연구소(JPL) 자료에 따르면 지구와 화성이 적절히 놓여 에너지를 효율적으로 쓰며 갈 수 있는 발사 기회는 대체로 26개월마다 한 번씩 온다. 기술 문제로 한 번 미뤄지면 몇 주가 아니라 2년 넘게 기다려야 하고, 그만큼 비용과 검증 부담도 불어난다.

NASA의 평가 자료에 따르면 달 임무에서 통신 지연은 편도 약 3~14초 수준이지만, 화성 임무는 지구와의 거리에 따라 최대 22분의 편도 지연, 44분의 왕복 지연을 겪을 수 있다. 지구에서 상황을 보고 바로 지시를 내리는 방식이 사실상 통하지 않는다는 뜻이다. 달에서는 지상 관제의 도움이 늦더라도 신호가 비교적 빠르게 닿을 수 있지만, 화성에서는 승무원이 현장에서 스스로 판단하고 고장을 해결해야 하는 시간이 훨씬 길어진다.

기술적 난제만큼 어려운 것이 인체 위험이다. 달 임무는 며칠 안에 끝나고 비상 귀환도 비교적 빠르지만, 화성은 오랜 심우주 체류를 전제로 한다. 우주비행사는 그동안 지구 자기장 바깥에서 우주방사선에 장기간 노출된다. 유럽우주국(ESA)은 화성까지 6개월 비행한 뒤 다시 6개월 동안 귀환하는 여정만으로도 우주비행사 경력 권고 한도의 최소 60%에 해당하는 방사선에 노출될 수 있다고 설명했다. 여기에 미세중력으로 인한 근육·뼈 손실과 폐쇄 공간 스트레스 등이 더해진다.


영화 '마션'의 장면./이십세기폭스코리아
영화 '마션'의 장면./이십세기폭스코리아
◇ 얇은 대기와 큰 열… 화성 착륙이 어려운 이유

두 번째 차이는 착륙과 귀환이다. 이 가운데 착륙 구간은 우주공학에서 EDL, 즉 '진입·하강·착륙(Entry, Descent, Landing)'이라고 부른다. 우주선이 행성 대기권에 들어오고, 속도를 줄이고, 마지막으로 표면에 무사히 발을 딛는 전 과정을 통째로 가리키는 말이다.

달은 대기가 거의 없어 낙하산을 쓸 수 없고, 역추진으로 속도를 줄이며 착륙해야 한다. 반면 화성은 대기가 있지만 너무 얇아 우주선을 충분히 감속시키지는 못하면서도, 우주선이 대기권에 진입할 때 큰 열을 만든다. 따라서 화성 착륙선은 열차폐막으로 진입열을 견디고, 낙하산과 추진 하강 장치로 속도를 더 줄여야 한다.

NASA는 지난해 공개한 화성 EDL 관련 백서에서 화성 착륙이 얇은 대기와 큰 열, 제한된 감속 수단이 한꺼번에 겹치는 고난도 과제라고 설명했다. 실제로 지금까지 로봇 탐사선의 화성 착륙 시도는 19차례 있었고, 그중 성공은 12차례였다. 사람을 태운 착륙선은 로봇 탐사선보다 훨씬 크고 무거워져야 한다는 점에서 난도는 더 높아진다.

더 큰 문제는 내려가는 것보다 다시 올라오는 일이다. 달 표면 중력은 지구의 약 6분의 1 수준이라 상대적으로 작은 상승선으로도 달 궤도까지 올라가 궤도선과 도킹할 수 있다. 반면 화성은 중력이 지구의 약 3분의 1 수준으로 달보다 강해, 한 번 내려간 뒤 다시 사람과 장비를 태우고 궤도로 올라오는 데 더 많은 추진제와 더 복잡한 시스템이 필요하다.

◇ 화성 탐사의 핵심은 연료… 기술 검증과 천문학적 비용이 변수

강경인 부문장은 화성 유인 탐사의 핵심 기술 중 하나로 '추진제를 얼마나 많이 운송할 수 있느냐'를 꼽았다. 스페이스X가 스타십 체계에서 궤도상 급유를 강조하는 이유도, 거대한 우주선을 한 번에 화성까지 보내는 것보다 지구 근처에서 연료를 채워 보내는 편이 현실적이기 때문이다.

그래서 함께 거론되는 개념이 현지자원활용(ISRU)이다. 강 부문장은 "화성에서 메탄 등 추진제를 생산할 수 있다면 무게를 크게 줄일 수 있고, 화성 탐사가 획기적으로 유리해질 것"이라고 했다. NASA도 이를 실제 연구 과제로 다루고 있으며, 퍼서비어런스 로버에 실린 장비로 화성 대기의 이산화탄소로 산소를 만드는 실증을 수행한 바 있다.

강 부문장은 또 "아르테미스도 기술 자체는 상당 부분 갖고 있지만, 2026년 실제 유인 비행부터 도킹, 2028년 착륙까지 절차를 차근차근 검증하는 단계를 밟는다"며 "화성은 그보다 훨씬 더 많은 기술의 실증이 필요한 만큼, 개별 기술들을 통합하고 반복 검증하는 시간도 오래 걸릴 것"이라고 내다봤다.


스페이스X처럼 공격적인 기술 개발과 막대한 예산이 뒷받침된다면 2030년대 중반 화성 유인 탐사가 진행될 가능성이 있지만, 기술 성숙도와 검증 과정, 천문학적 비용이 변수가 될 것이라는 분석이다.

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홍아름 기자




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more1
2026.04.13 16:32:55
달에 누가 갔다왔다고 선동질 정말 한심해. 달 둘러보고 왔지. 천성이 부역질.

답글작성
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회원64782645
2026.04.13 15:28:24
지구나 잘 보존하세요. 지금도 대기권에 수많은 위성 쓰레기로 우주도 위험하다

답글작성
2
0
메디안
2026.04.13 15:05:40
편도 비행이다. 못 돌아온다.

답글작성
3
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