러시아가 우주강국이라는 옛 명성을 되찾기 위한 부활을 꿈꾸고 있다.
지난 4월 12일은 옛 소련의 공군 조종사 유리 가가린이 보스토크 1호를 타고 인류 최초로 우주 비행에 성공한 지 꼭 50년이 되던 날이다.
이날 러시아는 기존 계획에 10년이나 앞당긴 2020년까지 유인우주선의 달 착륙을 시작으로 2030년까지 달 기지 건설, 또 10년 후엔 화성에 유인우주선을 보내겠다는 청사진을 제시하고 있다.
특히 화성 탐사에 적극적이다.
페르미노프 우주청장은 "새로운 원자력 추진 우주선은 달과 화성을 비롯한 우주 탐사 경쟁에서 러시아를 선두주자로 올려놓을 것"이라고 말했다.
화성은 생명에 필요한 자원을 모두 갖춘 지구를 제외한 유일한 행성으로 지목되고 있다. 물이 있고, 대기엔 이산화탄소와 질소도 있고 인류에 필요한 자원과 광물이 있다.
어쩌면 생물이 살고 있을지도 모른다. 문제는 거리다. 화성은 지구에서 3억km나 떨어졌으며 편도 약 1년이 소요된다. 한 번에 날아갈 수 없기 때문에 추진체가 필요하다.
이 때문에 러시아, 미국, 중국, 프랑스,독일, 일본 과학자들이 지난달 핵 엔진 추진체에 관해 논의했다. 화성탐사 계획은 어떻게 진행될까. 가능한 방법을 소개한다.
이병구 기자·
도움말= 유명종 공학박사 겸 항공우주연구원 위성기술실장
행성간 네트워크
우리는 이미 행성 간 운송망을 보유하고 있다.
지구와 달처럼 두 개의 천체 사이에는 중력이 평형을 이루어 역학적으로 안정적인 라그랑지점(지구와 달의 중력이 상쇄되는 지점)이라 불리는 지점이 있는데 아주 작은 에너지에 의해서도 방향을 전환할 수 있는 지점이다.
하나의 라그랑지점에서 다른 점으로 이동함으로써, 우리는 사실상 태양계 어느 곳에든지 아주 적은 에너지만 사용하고도 이동할 수 있다.
이러한 방식은 로터리식 길을 따라 빙 돌아가므로 엄청난 시간이 걸리는 방식이다. 하지만, 무인 탐사선이나 화물선을 보내기 위해서는 아주 효과적인 방법이다.
태양풍 추진로켓
에너지를 모을 수 있는 거대한 돛 외에 별다른 연료가 필요 없다는 점이 가장 큰 장점이다.
연료 탱크나 추진기가 필요 없기 때문에 그 공간에 생활 공간을 넓힐 수도 있다.
돛에 쏟아지는 태양 에너지를 태양 전지를 통해 추가 동력으로 사용한다.
돛은 대기권을 벗어난 뒤 회전하는 본체의 원심력에 의해 펼쳐진다. 돛의 두께는 100분의1㎜도 되지 않는다. 머리카락보다 얇다. 일본이 지난해 5월 세계 최초로 우주 범섬 '이카로스호'를 금성을 향해 발사한 바 있다.
핵 추진체
러시아와 미국이 2019년까지 메가와트(MW)급 핵 엔진을 개발한 뒤 이를 화성으로의 비행에 이용한다는 구상이 있다.
이렇게 될 경우 화성으로의 비행 속도가 20배나 빨라질 전망이다.
수백~ 수천의 핵을 사용함으로써 우주선은 화성까지 도달한 후 4주 이내로 돌아올 수 있다.
또 토성의 위성까지 도달한 후 7달 내에 돌아올 수 있다. 하지만, 일부 과학자는 핵 추진 로켓에 대해 “방사능 배기가스를 내뿜어 지구상에서 실험과 성능 개선작업이 불가능하다.”라며 회의적인 반응을 보이고 있다.
소행성
는 소행성이나 화성의 작은 위성인 포보스(Phobos)나 디모스(Deimos)에 우주에 있는 무인 우주선을 착륙시킨다는 구상이다.
유인탐사선을 달에 보낸 후 다시 이륙시키는 데 드는 연료나 비용보다 경제적으로 부담이 적어 시도해 볼 만하다는 것이다.
다가오는 소행성에 적당한 궤도로 치고 들어간다면 화성으로 갔다 올 수 있는 우주왕복선을 만들 수 있다는 것이다.
플라즈마 엔진
화학 연료를 사용하는 로켓으로 화성에 도착하려면 보통 8∼9개월 정도가 소요되는데 비해 차세대 플라즈마 엔진은 1/3수준인 3개월 정도로 줄여준다.
이를 통해 우주 비행사들을 치명적인 우주방사선의 노출로부터 보호해주고 뼈나 근육의 쇠퇴나 순환계의 변화 등 우주의 무중력상태로 인한 인체의 생물학적 변화를 최소화시켜줄 수 있다.
연료로 사용되는 플라즈마는 가스를 수만 또는 수천도로 가열하면 원자가 전자를 잃은 상태를 말하는데 액체, 기체, 고체도 아닌 제 4의 물질로 분류된다.
음전하와 양이온으로 구성돼 있으며 자연계에서도 발견된다.
레이져 우주범선
태양의 빛은 태양으로부터 멀어질수록 현격히 희미해지기 때문에 장거리 우주여행은 어렵다.
반면 레이저빔은 태양빛처럼 잘 퍼지거나 약해지지 않는다.
이론상으로는 명왕성까지 가는 데 5년 정도가 소요된다고 하는데, 이는 화학연료를 쓰는 현재의 로켓보다도 훨씬 더 빠른 속도다.
게다가 고갈될까 염려되는 비싼 연료를 쓸 필요까지 없다.
폭이 10m가 넘는 돛을 여러 개 달게 되는데, 돛은 거울처럼 태양광을 반사할 수 있는 재질로 코팅되어 있고 두께가 대단히 얇기 때문에, 범선 전체의 무게는 100kg 정보밖에 되지 않는다고 한다.
2005년 미국이 발사했지만 실종된 바 있다.
이온엔진
우주선이 추진력을 얻기 위해 가장 많이 사용하는 방식은 화학연료를 태우는 것이다.
하지만, 연료 무게 때문에 속도를 내는 데 한계가 있다.
그래서 등장한 방식이 이온엔진이다. 현재 활용되고 있는 이온엔진의 절대추력은 화학로켓엔진에 비해 크게 작기 때문에 지구 중력권의 탈출에는 부적합하지만, 일단 우주공간에 들어서면 수년 동안 작동할 수 있을 정도로 수명이 길기 때문에 행성 간 여행기간을 충분히 단축시켜 줄 수 있다.
실제로 2003년 발사돼 3년 동안 임무를 수행한 유럽우주국(ESA)의 달 탐사선 스마트원(SMART-1)은 이온엔진을 달았다.
같은 해 발사된 일본의 우주 탐사선 하야부사(Hayabusa)도 이온엔진을 달았다.
하야부사는 세계 최초로 소행성의 흙을 담고 6월 지구에 귀환했다.
태양돛
방식은 태양으로부터 나오는 광자를 이용하여 추력을 얻는 방식인 것에 비해 아주 적은 비용으로 자체 생산한 광자를 이용하여 아주 큰 에너지를 얻어내는 방식이다.
지구상, 궤도상 혹은 달에 설치한 매우 큰 레이저나 분자 증폭기가 범선을 밀 수 있도록 광자를 발사하는 방식이다.
이 방식은 태양으로부터 공짜로 얻을 수 있는 광자를 사용하는 것에 비해서는 비용이 많이 들지만 우주선에 엔진을 설치할 필요가 없으므로 아주 작은 돛으로부터도 매우 큰 추력을 얻을 수 있는 효과적인 방법이 될 수 있다.
퓨전엔진
한 로켓에 다 담으려는 발상을 전환해 두 개의 로켓에 나누어 발사하자는 것이다.
우주선과 달착륙선, 그리고 달까지 가는 로켓부분을 나눠 궤도로 보낸 다음, 우주에서 연결하는 방식이다.
연료는 헬륨 3을 사용한다.
헬륨 3은 달 표면 주변에 수백만 톤이 널려있어 운반하기 용이하기 때문이다.
행성간 우주선
태양계 주변을 이동하는 아주 매력적인 방법으로 행성 간 우주선을 이용하는 것이다.
행성 간 우주선이 성공을 이루기 위해서는 지구를 벗어나 궤도로 올리는 일(혹은 궤도에서 지구로의 귀환)에 많은 것들이 소모된다는 것을 생각해 보면 별로 현실성이 없는 것으로 생각되지만, NASA는 이러한 개념의 연구에 향후 3년간 약 1500만 달러를 사용할 계획이다.
반물질
UFO의 존재를 떠나 비행원리나 동력원이 새로운 관심사가 됐다.
대표적인 예가 반물질이다.
반물질이란 보통의 물질을 이루는 원자의 반대되는 반원자로 이루어진 것을 말한다.
그리고 반원자는 원자를 구성하는 입자인 양성 자·중성자·전자의 반대되는 입자, 즉 반양성자·반중 성자·양전자로 구성된 것을 의미한다.
이론상 반물질이 물질과 만나 쌍소멸하면 엄청난 에너지가 나오는데, UFO가 이 같은 에너지를 사용한다는 것이다.
이 에너지원을 이용해 빛보다 빠른 속도로 비행하면 이론적으로 시공간을 뛰어넘는 이동이 가능하기 때문이다. 상용화만 된다면 가까운 미래 10그램만으로도 화성까지 데려다 줄 것이다