뉴스페이스 시대, 우주에서 자원을 <1부>: 우주로 나아가야 하는 이유 그리고 달 탐사

뉴스페이스 시대, 우주에서 자원을 <1부>: 우주로 나아가야 하는 이유 그리고 달 탐사

대학생신재생에너지기자단 16기 곽준우

 

우주개발의 패러다임, 뉴스페이스 시대를 맞이하며

  21세기 우주개발은 빠르게 증가하고 있다. 과거 우주개발이 정부의 프로젝트였다면 이제는 민간의 투자영역이 되어 우주개발이 활발히 전개되고 있다. 우주개발이 급성장하게 된 이유는 바로 발사체가 재사용이 가능해짐으로써 발사 비용이 낮아졌기 때문이다.

2017년 스페이스X가 발사체를 재사용하여 성공적으로 쏘아 올리는 것을 계기로 우주개발의 높았던 진입장벽에 금이 가기 시작했다. 2012년에는 전 세계 소형위성의 6%만 상업적으로 사용되었으나 2019년에는 그 비율이 62%로 증가했고 2020년에는 위성 개수가 1만 개를 넘어선 것을 보면 우주산업의 가파른 성장 속도를 알 수 있다.  그리고 스페이스X는 얼마 전 민간기업 최초로 우주인을 국제 우주정거장으로 보내는 데 성공하며 뉴스페이스 시대의 저력을 보여주었다.

*뉴스페이스 시대: 과거 국가 주도하에 이루어졌던 우주개발을 크고 작은 민간기업들이 주도하는 새로운 우주개발 추세를 말함.

 국제 우주 정거장에 도킹을 시도하는 스페이스X의 크루 드래곤 디자인

출처: 테크 M

그동안 한국은 우주개발에 있어 선택과 집중을 통해 관측위성과 기상·환경위성 분야에서 세계적 수준으로 발전해왔다. 그러다 전 세계가 뉴스페이스 시대를 맞이하며 폭발적인 성장을 보이자 대한민국도 작년의 우주산업 전략을 바탕으로 우주개발 사업을 단계적으로 민간이 주도하는 체계로 변환하고 있다. 현재 발사체 기술 자립과 위성을 발사할 수 있는 기술을 개발하고 있고, 달 탐사도를 위해 2022년에 달 궤도선을 발사할 계획을 가지고 있다. 그리고 2021년부터 시행되는 스페이스 파이오니어사업을 통해 산업체의 우주기술 역량을 높이고, 민간 기업과의 협력을 통해 발사체 및 위성에 필요한 첨단 우주 부품의 국산화를 지원한다. 이후에는 한국형 4차 산업 혁명을 대비한 우주 인프라도 확보할 계획도 가지고 있다.

 올해 2월에 발사한 기상위성 천리안 2B호

출처: 항공우주연구원

뉴스페이스 시대에서 우주산업생태계는 민간의 혁신적인 아이디어와 연구개발 그리고 지속적인 도전과 투자가 있을 때 전개 가능하다. 따라서 정부는 민간이 우주산업에 과감히 도전할 수 있도록 불필요한 규제를 개선하고, 기술 개발을 뒷받침하기 위해 별도의 법령을 제정하며 발목 잡는 일이 없도록 해야 할 것이다.

 

코리아 스페이스 포럼 2020 개최

 출처: 동아사이언스

  지난 11월 5~6일에 열린 코리아 스페이스 포럼 2020은 국내‧외 전문가들의 여러 식견과 경험을 공유하는 자리로 우주 산업의 지속적인 성장 방안, 해외 우주 기업의 기술개발 동향, 국내 우주산업의 발전방향 등을 논의하는 시간을 가졌다. 이번 포럼에서 다양하고 흥미로운 이야기를 들으며 우주시장이 적극적으로 열리고 있음을 두 눈과 귀로 확인했다. 

 

우주로 나아가야하는 이유 

  전 스페이스X CTO 톰 뮬러가 발표한 우주로 나아가야 하는 이유와 달 탐사에 대한 내용을 간략히 알아보자. 

지금 기술이 발전하고 있음에도 불구하고 GDP는 성장하나 인구성장률보다 자원 활용량이 더 많아질 것으로 예상되고 있다. 즉, 인구는 크게 증가하지 않는데 비해 자원 활용량은 기하급수적으로 늘어나고 있음을 의미한다.

 맨 아래 선이 인구증가율,  그 다음 선이 GDP 성장률이며 10년 주기로 자원 활용량은 기하급수적으로 증가함을 볼 수 있다.

출처: 코리아 스페이스 포럼2020

컴퓨터 성능도 계속 증가하고 있는데 블록체인, 인공지능에 대한 수요가 높아지면서 2040년까지 컴퓨터 성능이 상당히 올라갈 것을 쉽게 예측할 수 있다. 그런데 한 가지 문제가 있다. 바로 우리가 생산하는 전력량보다 컴퓨터 성능이 필요로 하는 전력이 전력생산량을 초과하게 된다는 점이다. 2040년에는 우리가 가지고 있는 전력량을 넘어서며 이번 세기에 상당한 전력부족에 이르게 될 것이다. 

현재 인간이 필요로 하고 있는 자원이 기하급수적으로 늘어나고 있는 상황이다. 곧 지구에서 누리고 있는 삶의 질을 지속하기가 힘들어지며 자원전쟁으로 빈부격차가 더 극심해질지도 모른다.  지구 같은 경우 자원은 유한하지만 우주는 그렇지 않다. 그래서 우리는 우주탐사를 통해서 성장의 기회를 모색해야 하는데 우리가 지금 태양계로 진출하지 않는다면 선택의 폭이 좁아진다.
지구에 머물면서 침체를 감수하고 환경과 공존을 이루면서 이 상태로 안정화로 나아가는 것 그리고 우주 탐사를 하면서 더 많은 삶의 터전을 모색하는 것이 있다.  우리가 지구를 보존하고 유지하기 위해서는 우리가 가진 것보다 더 많은 것을 활용해야 하기 때문에 태양계에 있는 자원을 활용해야 한다는 의견이다.

 출처: 코리아 스페이스 포럼 2020

 

달로 가는 이유

  우주 탐사에 있어서 가장 큰 문제는 발사체 비용으로 스페이스 X의 펠콘 9 같은 경우 kg당 $1000다. 과거에는 수 만달러 비용이었던 것을 생각하면 혁신적으로 낮아진 비용이지만  아직 상당히 비싼 편이다. 발사체가 조금이라도 소모성일 경우에는 우주 상업개발 규모에 확장이 어렵다. 하지만 재사용이 가능한 로켓이 등장하고 기업들의 노력으로 발사체 비용은 점진적으로 낮아지고 있으며 발사 비용이 kg당 100달러 이하로 넘어간다면 패러다임의 전환을 맞이하게 될 것이다. 그렇다면 발사 비용을 낮추기 위해 다양한 방법들을 시도하면서까지 로켓 기업들은 우주 어디로 나아가려는 걸까?

바로 '달'이다. 그렇다면 왜 굳이 달일까? 달에는 상당한 양의 물이 있기 때문이다.

출처: 코리아 스페이스 포럼 2020

물은 우주의 석유라 하는데 달에는 수십억 톤의 물이 얼음 상태로 존재한다. 태양에너지를 사용해서 물을 수소와 산소로 분해해서 추진체 연료로 사용할 수 있다. 또 달의 물에는 1톤 당 수 kg의 화학 질소, 탄소 합성물들이 있어, 달을 통해서 원하는 모든 것을 합성할 수 있음을 의미한다.

어디 물 뿐이겠는가? 광물 자원도 풍부하다. 철, 니켈, 희토류, 티타늄, 크롬 등 우리 산업에 필수적인 광물들이 저장되어 있어 달은 태양계에 있어 지구 다음으로 가장 가치 있는 땅으로 불린다.

 출처: 코리아 스페이스 포럼 2020

 

달로 돌아가는 NASA의 아르테미스 프로그램 -  Mark Kirasich, NASA HQ 우주탐사본부 선진탐사부 부장

  아르테미스 프로젝트는 2024년까지 인류를 보내는 것으로 과거 아폴로와의 차이점은 체류의 목적을 가지고 있다. 아르테미스 프로젝트를 통해 과학실험 및 기술을 검증하고 고도화해서 더 긴 우주여행을 가능케 하여 궁극적으로 화성까지 2년간 왕복 우주비행 미션 수행을 목표로 한다.

아르테미스 탐사선은 달의 남극에 착륙할 예정이며, 먼저 다양한 로봇을 보내 남극 데이터를 수집할 것이다. 지난 10년 동안 달 정착 인공위성이 수천 번 궤도를 돌면서 달 남극에 대해서 정밀 데이터를 확보했기 때문에 남극의 지형화, 온도, 물이 있을만한 곳을 도출하여 효율적인 임무 수행이 기대된다. 나사의 달 탐사 로봇 바이퍼는 하루 당 몇 마일을 주행하면서 각기 다른 토양의 샘플을 확보할 것이고 2023년까지 달 표면에 갈 계획으로 약 100일 동안 데이터를 수집하여 달에 존재하는 물을 맵핑하는 임무를 갖고 있다.

 출처: 코리아 스페이스 포럼 2020

 

맺음말

  현재 우주자원을 채취하며 사용 가능한 수준은 아니다. 하지만 자원이 풍부한 달 탐사를 지속적으로 진행함으로써 우주기술 개발 속도는 가속화될 것으로 생각한다. 현재 달에 갔다 온 나라는 미국 러시아, 중국 등이 있다. 달뿐 아니라 생명이 살 수 있는 행성인 화성에도 탐사선을 보내며 지구 인프라를 벗어나 우주 인프라를 활용하기 위한 준비단계에 들어섰다.

지난 12월 1일 달에 착륙한 중국의 달 탐사선 창어 5호

출처: 나우 뉴스

그렇다면 한국은 어떨까? 냉정히 말해 우주개발 선진국에 비해 한참 모자라는 수준이다. 우리는 2022년에 달 탐사 궤도선을 먼저 보낸 뒤 2030년에 달 탐사선을 보낼 계획을 하고 있다. 이미 달에 갔다 온 우주 선진국에 비해 우주기술이 30년 정도 뒤처져 있다고 볼 수 있다. 하지만 다행히 위성 시스템에서는 세계 최고 수준의 기술을 가지고 있으며, 2013년 러시아와 함께 공동 개발했던 나로호를 계기로 발사체 자립기술에 힘쓰고 있다. 최근에는 발사체 연구개발 끝에 300톤급 한국형 발사체 1단 종합 연소실험을 앞두고 있다. 앞으로 갈 길은 멀지만 우주자원을 활용하는 미래를 위해 꿈을 먹고 자라며 끊임없이 개척해야 할 것이다.

종합 연소실험: 발사체가 하늘로 날아오르지 않을 뿐 실제 발사와 똑같은 시험

 추력 300톤을 내는 1단 로켓은 내년 1월 중순쯤 본격적인 연소실험에 들어갈 계획이다.

출처: 동아사이언스

 

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참고문헌

1.  한국항공우주연구원 KARI TV, [Day1] 코리아 스페이스 포럼 2020 / Korea Space Forum 2020, 2020.11.04, https://www.youtube.com/watch?v=fdF4FSRZDDY&t=27921s