드론 비행하고 산소 만들고...인류의 화성 유인 탐사 가능할까

2021.05.01 12:00
인류는 지구 외의 제2의 거주지로 화성을 보고 있다. 척박한 환경의 붉은 행성 화성에서 유인 탐사를 비롯한 인류가 정착할 수 있을지에 대한 탐사가 지속적으로 이어지고 있다. 한 우주인이 화성 표면에 서 있는 장면을 일러스터레이션으로 표현했다. NASA 제공.
인류는 지구 외의 제2의 거주지로 화성을 보고 있다. 척박한 환경의 붉은 행성 화성에서 유인 탐사를 비롯한 인류가 정착할 수 있을지에 대한 탐사가 지속적으로 이어지고 있다. 한 우주인이 화성 표면에 서 있는 장면을 일러스터레이션으로 표현했다. NASA 제공.

지난해 7월 30일 지구를 출발한 미국항공우주국(NASA)의 화성 탐사 로버(이동형 로봇) ‘퍼시비어런스’가 지난 2월 18일(현지 시간) 화성에 성공적으로 착륙했다. 길이 2.9m, 폭 2.7m, 높이 2.2m에 바퀴 6개가 달린 소형차 크기에 불과한 퍼시비어런스가 2억7000만km 떨어진 화성 목적지에 오차없이 착륙한 것은 미국 뉴욕에서 친 골프공이 로스앤젤레스의 골프장에 정확히 홀인원하는 것과 맞먹는 수준의 높은 난이도에 해당한다는 평가를 받고 있다. 

 

1996년 발사된 ‘소저너’와 2003년 발사된 ‘스피릿’와 ‘오퍼튜니티’, 2011년 발사 ‘큐리오시티’의 뒤를 이은 미국의 다섯 번째 화성 탐사 로버다. NASA가 2018년 발사한 ‘인사이트’는 화성 한 지역에 터를 잡아 잡아 움직이지 않고 2년간 지질을 연구하는 탐사선이라는 점에서 화성 곳곳을 돌아다니며 탐사하는 로버들과는 성격이 다르다. 


인류가 '붉은 행성'으로 불리는 화성 탐사에 도전한 건 어제 오늘의 일이 아니다. 미국과 소련의 냉전시대부터 지금까지 모두 45차례 화성 탐사에 도전장을 던졌다. 지구 주변의 인공위성처럼 화성 주변 궤도에 머물며 관찰하는 궤도선이나 정찰위성, 화성 착륙을 시도한 착륙선, 화성 지표 위를 달리며 탐사를 시도한 로버 등 방식은 다양했다. 하지만 성공한 탐사는 19개로 성공률이 절반도 안된다. 가장 최근 착륙에 성공한 탐사 로버인 큐리오시티나 퍼시비어런스에는 각기 약 20억달러(약 2조2200억원)를 상회하는 막대한 비용이 들었다. 

지금까지 NASA가 보낸 화성 착륙선과 로버들의 착륙 지점이다. 지난 2월 착륙한 화성 탐사 로버 ′퍼시비어런스′는 예저로 분화구에 착륙했다. NASA 제공.
지금까지 NASA가 보낸 화성 착륙선과 로버들의 착륙 지점이다. 지난 2월 착륙한 화성 탐사 로버 '퍼시비어런스'는 예저로 분화구에 착륙했다. NASA 제공.

인류가 막대한 비용을 썼는데도 성공률이 절반도 안되는 화성에 지금도 계속해서 탐사선을 보내는 이유는 뭘까. 우주개발의 패러다임을 바꾸고 있는 일론 머스크 스페이스X 창업자와 같은 우주 기업인들은 물론 중동 강소국 아랍에미리트(UAE) 같은 나라까지 나서 화성을 주요한 유인 탐사 목적지이자 훗날 제2의 거주지로 지목하고 있는 배경은 무엇일까. 

 

우주과학 분야의 전문가들은 다른 행성에서도 생명이 살수 있을까에 대한 단순 호기심에서 시작된 도전이 지구 자원의 고갈과 온난화 등 인류의 생존 문제와 겹치며 타 행성으로 이주 가능성 타진이라는 문제로 확대되고 있다고 보고 있다. 이런 부분을 좀더 구체화하려면 원격에서 조종하는 궤도선이나 로버가 아닌 인간이 직접 화성에 가서 눈으로 보고 느끼는 유인 화성 탐사가 불가피하다. 이전 로버들이 화성에서 물 흔적이나 대기, 지질 환경이라는 기초적인 과학탐사에 집중했다면 퍼시이버런스는 유인 화성 탐사의 실현을 위한 실질적 토대를 쌓고 있다. 


● 화성의 극한 환경


과학자들은 오래전부터 지구에서의 관측을 통해 화성은 생명체가 살거나 살았을 법한 환경을 가지고 있을 것으로 추측했다. 과거 화성은 지구와 비슷한 모습이었을 것이라는 가설이다. 물과 에너지, 생명체라는 유기체를 만들 수 있는 환경이 갖춰져야 한다. 가장 중요한 것은 물이다. 


과거 화성에서 물이 흘렀던 흔적과 지표면 속 얼음의 존재는 확인됐다. NASA가 2001년 발사한 화성 탐사선 ‘마스 오디세이’는 화성 주위를 공전하며 지질을 조사해 화성 지표면 아래에서 수소 감마선을 포착했다.. 이는 화성 내부에 거대한 얼음 저수지가 존재한다는 증거로 받아들여졌다. 이후 과거 화성에 거대한 바다가 존재했다는 증거 등 물이 존재했을 가능성을 높이는 증거들이 속속 나왔다.


인류가 보낸 화성 탐사선이 보내온 데이터를 토대로 분석한 결과 현재 화성의 환경은 척박하다. 화성의 대기는 96%가 이산화탄소로 채워져 있으며 산소는 0.1%에 불과하다. 태양과의 거리에 따라 조금씩 다르지만 적도 부근을 제외하면 밤에는 영하 85도까지 기온이 떨어진다. 우주로부터 오는 방사선을 막기도 어려워 지표면에서도 방사선에 그대로 노출된다. 인간이 맨몸으로는 몇 분도 견디기 어려운 조건이다. 


● 유인 화성탐사 이정표 세우는 퍼시비어런스

화성 탐사 로버 퍼시비어런스가 실제로 착륙하는 장면이다. 퍼시비어런스가 실린 캡슐과 스카이크레인에 있는 카메라가 착륙 과정을 촬영한 사진이다. NASA 제공.
화성 탐사 로버 퍼시비어런스가 실제로 착륙하는 장면이다. 퍼시비어런스가 실린 캡슐과 스카이크레인에 있는 카메라가 착륙 과정을 촬영한 사진이다. NASA 제공.

퍼시비어런스는 인류 화성 탐사 역사에서 한번도 시도하지 않았던 실험들을 성공적으로 해내며 전세계의 이목을 집중시키고 있다. 우선 무인 헬기를 통해 화성 대기에서 최초로 동력 비행에 성공했다. 


퍼시비어런스 몸체 아래에 실린 무인 헬기 ‘인저뉴이티’는 지난 19일 첫 동력비행에 성공했다. 대기 밀도가 지구의 100분의 1에 불과한 환경에서 약 39초간 3m 고도로 떠오른 뒤 제자리 비행했다. 이어진 2차 비행에서는 약 5m 고도로 2.1미터 가량 비행한 데 이어 25일에는 약 5m 고도로 50m를 비행한 뒤 이륙 지점으로 돌아와 무사히 착륙했다. 궤도선과 지표면에서 움직이는 로버 외에 공중에서 화성을 넓게 관측할 수 있는 가능성을 제시한 셈이다.

무인 화성 헬기 인저뉴이티가 화성에서 인류 첫 동력 비행에 성공했다. 사진은 화성 탐사 로버 퍼시비어런스에 실린 카메라가 실제 비행하고 있는 인저뉴이티를 촬영한 장면이다. NASA 제공.
무인 화성 헬기 인저뉴이티가 화성에서 인류 첫 동력 비행에 성공했다. 사진은 화성 탐사 로버 퍼시비어런스에 실린 카메라가 실제 비행하고 있는 인저뉴이티를 촬영한 장면이다. NASA 제공.

화성 대기의 96%를 차지하는 이산화탄소에서 산소를 추출하는 데도 처음으로 성공했다. 퍼시비어런스에 실린 산소 생산 실험 장치 ‘목시(MOXIE)’가 지난 20일 진행된 첫 실험에서 약 1시간 동안 5.37g의 산소를 만들었다. 이는 우주인 1명이 10분간 호흡할 수 있는 양이다. 화성에서 직접 산소를 만들어내면 화성에 도착한 우주인들의 호흡이나 지구로 귀환하는 데 필요한 로켓의 추진제로 활용할 수 있다. 


퍼시비어런스는 화성의 1년에 해당되는 687일 동안 화성의 토양도 수집한다. NASA와 유럽우주국(ESA) 등은 퍼시비어런스가 수집한 토양 샘플을 수거하기 위한 로버와 착륙선, 지구 귀환 궤도선을 2026년 2대의 탐사선으로 나눠 화성에 보낸다. 화성 토양 샘플을 얻게 되면 2030년 이후 진행될 유인 화성 탐사에 도움을 줄 데이터를 얻게 된다.


● 우주탐사 고립 견뎌낼 심리 연구도


유인 화성 탐사에 나서는 우주인들이 심리 상태를 유지하기 위한 연구도 이뤄지고 있다. 대표적인 게 NASA와 미국 하와이대가 공동으로 진행하는 ‘하이시스(HI-SEAS)’다. 주변이 황량한 하와이 마우나로아 화산 중턱 해발고도 약 2500m에 지어진 돔 형태의 거주지에서 4개월에서 12개월 가량 머물며 대원들의 심리 변화를 기록하고 연구하는 프로젝트다. 


고립된 생활 공간 속에서 사회성이나 이기심, 이타심이 어떻게 달라지는지, 생체리듬이나 기억력 등은 어떻게 바뀌는지 분석해 화성 탐사에 나서는 우주인들의 심리 상태가 임무 수행에 어떤 영향을 주는지 알아내고 해결책을 찾는 게 목표다. 

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