달 표면에서 지구를 바라본다는 것
우주 개척을 향한 인류의 거대한 약진 그리고 희망
영화 <라라랜드>의 데이미언 셔젤 감독과 배우 라이언 고슬링이 영화 <퍼스트맨>에서 다시 호흡을 맞췄다. 영화는 1959년 인류 역사상 처음으로 달에 두 발을 내딛게 된 닐 암스트롱에 대한 이야기다. 퍼듀대학교에서 항공학을 전공했고 한국전쟁 당시 전투기 조종사로 활약했다. 1962년 마침내 우주 비행사로 선발되었다. 고된 훈련과 우주선 개발 등 우주로 나가기 위한 만반의 준비를 마치고 1969년 아폴로 11호의 선장이 되어 우주선에 오르게 된다. 하늘에서 바라보던 둥근 달을 바로 눈 앞에서 볼 수 있다는 것, 그리고 그 미지의 세계에 발자국을 남긴다는 것은 너무도 경이로운 일이 아닐 수 없다. 닐 암스트롱 선장은 달 착륙에 성공한 후, 이렇게 말했다.
"인류 전체에 있어 위대한 약진!"
영화 <퍼스트맨> 출처 : Daum 영화지구와 달의 거리는 무려 38만4천km이다. 과거 아폴로호를 타고 달까지 가려면 약 3~4일 정도 소요되었다고 한다. 하지만 1960년대에는 비행시간보다 인간의 목숨이 더욱 중요했다. 미국의 35대 대통령 존 F. 케네디(John F. Kennedy)는 1960년대가 끝나기 전까지 인간이 달에 착륙했다가 무사 귀환하는 것을 목표로 삼았다. 냉전시대 구 소련(현 러시아)과 우주 개척에 대한 경쟁을 했었던 미국 그리고 이러한 목표를 삼았던 케네디의 '공언'은 다소 웃음거리가 되기도 했었다. 아폴로 1호는 우주선 화재로 우주 비행사가 사망하기도 했고 당시에는 고가의 장비들을 구한다고 해도 안정성이 떨어져 우주선은 물론 비행사들의 목숨도 위태로웠던 게 사실이다. 미국에서 우주 비행을 끊임없이 연구하고 있는 미 항공우주국 나사(NASA, National Aeronautics and Space Administration)는 1967년 아폴로 프로젝트를 본격화한다. 아폴로 10호의 경우 달 주변까지 우주 비행을 했고 달 착륙에 대한 전략을 세우기 시작했다. 1961년 케네디의 연설 속에서 언급되었던 아폴로의 달 프로젝트는 1969년 닐 암스트롱에 의해 현실이 되었지만 케네디 대통령은 세상에 없었다.
우주선이 갖춰야 할 요소들
천문학에서 ‘우주’는 'universe'로 표현하고 접근방식에 따라 'Cosmos'라는 말도 쓰인다. 이와 구분하기 위해 항공 우주 분야에서는 흔히 ‘Space'라고 표현하는 걸 볼 수 있다. 우주선은 영어로 ‘spacecraft' 또는 ’spaceship'이라 부른다.
우주를 유영하는 우주비행사. 출처 : pixabay위에서 짧게 언급했던 것과 같이 과거 미국과 소련은 우주 개척을 향한 수많은 시행착오를 겪어왔다. 1957년 10월 발사된, 세계 최초의 인공위성이었던 스푸트니크(Sputnik) 1호는 다름 아닌 소련의 결과물이었다. 소련은 한 달 뒤 생명체를 태워 2호를 발사하기도 했다. 당시 라이카(Laika)라는 이름의 개가 우주선에 올라타 논란이 있기도 했다. 혹자들은 우주 역사를 바꾸고 우주 개발에 큰 공헌을 한 생명체였다고 표현하기도 한다. 소련의 스푸트니크는 지금으로부터 60여 년 전의 기술로 구현한 것인데 당시 상황들이나 환경을 고려하면 대단한 결과물이 아닐 수 없다. 과학기술은 물론 국방에 있어서도 자부심에 가득 차 있던 미국은 소련의 성공적 발사로 인해 크게 충격을 받았다. 소위 ’스푸트니크 쇼크‘라고 하는데 이러한 역사적 사실로부터 생겨난 키워드다. 이 충격으로 미국은 우주 산업에 대해 끊임없는 그리고 아낌없는 투자를 그야말로 쏟아부었고 스푸트니크 발사 이후 1년이 지나 미 항공 우주국 ’나사(NASA)'를 설립하기도 했다. 미국 워싱턴에 위치한 나사 본부에는 연구소는 물론 비행장, 데이터 분석 및 우주선 추적 시설 등 다양한 시설들이 존재한다. 소련과 미국 그리고 프랑스, 중국, 영국, 인도에 이르기까지 수많은 나라들이 ’우주 국가‘로서 이름을 올렸다.
미 항공우주국 'NASA' 출처 : http://joshconsult.com우주선이 하늘 위로 솟구쳐 우주 바깥 일정한 궤도에 오르려면 폭발력 강한 추진체와 분사장치 등이 필요하고 지상에 존재하는 본부나 관제소와 커뮤니케이션이 가능한 통신 시설, 산소나 연료를 공급하기 위한 장치, 진공은 물론 온도 격차나 방사능 위험에도 견딜 수 있는 환경을 만들어야 한다. 오랜 시간 버텨야 하는 경우는 더욱 그러하고 우주선이 지구로 귀환할 수 있도록 추가적인 시설도 반드시 탑재해야 한다.
Artwork으로 재탄생한 '아폴로 11호' 출처 : www.artstation.com과거 미국의 아폴로 프로젝트에 투입된 아폴로 우주선은 크게 3가지로 구분될 수 있다. 우주 비행사가 탑승해 지구로 돌아오는 유일한 부분이 사령선(Command Module), 연료나 산소 등을 공급하는 기계선(Service module), 달 표면에 착륙하기 위한 전용선인 달 착륙선(Lunar module) 등이다. 달 착륙선의 경우 2명의 우주 비행사만 탑승이 가능하다고 하는데 이 곳에서는 산소가 공급되기 때문에 우주복을 입지 않아도 된다고 한다. 임무를 마치고 돌아오는 사령선은 이미 일부가 떨어져 나가 대기권으로 진입하게 된다. 달에서 지구를 향해 진입하는 우주선은 어마어마한 속도를 지녔을 것이고 우주선 외부가 지구의 대기권과 만나 마찰열을 일으키게 된다.
빠른 속도의 비행체가 지구에 존재하는 공기에 의해 발생하는 열을 '공력 가열(Aerodynamic Heating)'이라고 한다. 비행체의 외부는 공력 가열에 의해 부서지고 떨어져 나갈 수도 있으며 우리가 상상하기 어려운 높은 온도의 열을 발생시킬 수 있다. 영화에서 보는 것처럼 붉게 달아오를 수도 있겠다. 우주선이 지구로 진입할 때의 속도는 무려 마하 10(Mach 10)인데 이를 자동차의 시속으로 환산하면 12,000km/h 수준에 이른다. 마하는 유체 속에서 움직이는 물체의 속력을 나타내는데 1 마하의 속도는 시속 1,224km다. 제트기가 마하의 속도를 내뿜게 되면 그 주변으로 수증기 응축 현상이 생겨난다고 한다. '소닉 붐(Sonic boom)'이라고 해서 전투기들이 비행할 때 굉음을 내는 경우들이 있는데 초음속으로 비행해 어느 정도 수준을 '돌파'하게 되면 엄청난 충격파와 함께 이러한 현상이 생긴다. 그만큼 우주선의 대기권 진입 속도는 어마어마하고 고열을 감당할 만큼 내구성이 상당한 재료가 쓰여야 하겠다. 중국의 톈궁 1호의 잔해물이 지구 상에 흩어져 떨어졌을 때 또는 작은 운석의 조각들이 빛을 내며 소멸하는 것도 이러한 이유로 인한 것이다.
앞서 언급했던 것처럼 우주선이 마찰열을 극복하기 위해 단열 복합 재료를 쓰는데 세라믹 타일과 같은 소재를 쓰기도 한다. 세라믹은 열 전도율이 낮고 바깥의 고열을 내부로 전달하지 못하도록 막을 수 있을 만큼 강한 편에 속한다. 우주선을 꼼꼼하게 뒤덮을 정도라 수만장을 붙여야만 한다. 1960년~1970년대에 만들어졌을 우주선에도 단열이 가능한 복합 소재가 있었겠지만 가격은 비싸고 우주선의 무게도 어느 정도 이상이 되었을 법하다. 또한 지금보다 더욱 뜨거운 열기를 감내해야 했을지도 모른다. 나사에서는 2020년 새로운 기술력이 들어간 오리온(Orion)이라는 우주선을 지금보다 훨씬 가볍고 내구성도 더욱 강력한 소재를 이용해 제작 중이라고 했다. 외부 열이나 방사능 그리고 쉽게 일어날 수 있는 화학반응 등에도 더욱 견고하게 만들어졌기에 우주 비행사들을 안전하게 지켜준다. 나사의 우주 왕복선은 1981년부터 2011년까지 약 130여 개의 임무를 수행했다고 한다. 위성을 궤도에 진입시켰고 국제 우주 정거장을 세우기 위해 수많은 물품과 장비를 운송했다. 오리온은 아폴로의 우주 역사를 이어나갈 나사의 노력에 대한 결과물로 이미 우주선에 탑재된 컴퓨터나 센서 등 각종 시스템을 테스트한 바 있다. 또한 지구 대기권에 진입할 때 일어나는 고열이나 우주 바깥에서 생길 수 있는 방사선 모두 조금도 안으로 들어올 수 없도록 높은 수준으로 만들어졌다고 한다. 대기권 진입 시 화씨 4천 도를 아무런 문제 없이 견딜 수 있다고 했는데 이는 섭씨로 약 2천 도가 넘으며 700도에서 1천200도 수준의 용암보다 2배는 높은 수준이니 감히 상상하기 어려운 수준에 이른다. 나사는 이러한 우주선에 우주 비행사를 태워 꾸준히 테스트를 수행하고 있다.
그들의 목표는 2020년 주변 소행성들의 탐사 그리고 2030년이 되면 화성(Mars)으로의 탐사를 진행하는 것이다. 이제 우리는 달이 아니라 그보다 멀리 있는 화성으로 두 발을 내딛는 꿈을 꾸게 되었다.
Mars. 출처 : earthsky.org마션(Martian)이 되는 그 날까지
화성까지의 거리는 약 5천600만 km 이상. 지구도 화성도 모두 태양을 중심으로 공전하고 있는데 조금씩 거리에 차이를 보인다. 그래서 화성까지 거리는 근일점과 원일점으로 나뉘게 되며 가장 멀리 있을 때는 약 4억 km이다. 근일점과 비교하면 무려 7배 이상 차이가 난다. 빛의 속도로 우주선이 날아간다면 근일점에는 3분, 원일점에는 22분 정도다. 지금까지 화성 주변으로 비행한 우주선의 비행 궤도와 시간을 근거로 하면 대략 200일 정도 소요된다고 한다.
천체 망원경을 통해 바라본 화성의 모습은 다소 붉게 보이는 편인데 전쟁의 불길처럼 보인다고 해서 로마 신화 속 전쟁의 신 ‘마르스’로부터 이름을 따왔다.
영화 <마션> 출처 : Daum 영화<미션 투 마스>, <토탈리콜> 그리고 <마션>에 이르기까지 화성은 수많은 영화와 소설 등의 소재로 자주 쓰인 행성이다. 화성의 대기가 급변하기도 하고 평균 표면 온도만 해도 영하 약 80도(혹은 그 이상) 수준이긴 하지만 그동안 수집했던 방대한 자료에서 증명하듯 지구가 진화해온 역사와 조건 등과 꽤 유사하다고 알려져 있어 ‘제2의 지구’라고도 불린다. 그렇기 때문에 화성에 대한 호기심과 개척하고자 하는 욕망이 화성 탐사의 꿈을 키우게 된 것이다.
실제로 나사에서는 화성 2020 프로젝트(2020 Mission Plans)를 수립하고 화성 탐사 프로그램을 시작했다. 화성의 대기에 존재하는 이산화탄소나 암석, 토양 등 핵심 샘플을 수집해 지구로 운반하여 화성 탐사에 필요한 준비가 한창이다. 화성 탐사선이 이 곳에 착륙해 우주 비행사들이 온전히 발을 내딛는 것 자체야 말로 인류가 꿈꾸는 미래다. 나사에서는 지구와 화성 사이의 거리가 가장 최적이라고 할만한 2020년 7월 즈음에 우주선을 쏘아 올릴 예정이라고 전했다. 더불어 2030년대 중반이 되면 화성에 반드시 인간이 도달할 수 있도록 연구와 개발을 늦추지 않을 것이라고 했다. 이는 우주 개척에 있어 매우 의미 있는 단계로 보인다. 위 내용에서도 볼 수 있듯 화성 탐사에 대한 염원과 다른 행성들에 대한 지속적인 탐사는 우주 개발에 반드시 필요한 영역이겠다. 국제 우주 정거장을 넘어 다른 행성에 기지국을 세운다고 가정해보면 필수 과정이라 할 수 있다. 영역을 확장해 나간다는 의미 자체가 개척이라는 개념과 맞닿아 있다는 것이다. 달에 기지를 세운다면 이 곳과 가까운 화성 개발이 오히려 수월해진다. 다시 화성에 또 다른 기지를 설립하게 된다면 더욱 멀리 있는 행성들과 쉽게 닿을 수 있게 된다. 가장 중요한 문제는 값 비싼 우주선의 고도화와 그리고 예산이다. 기본적으로 지금보다 빠른 시간 안에 도달하는 것뿐 아니라 안전하게 복귀할 수 있어야 한다. 행성과의 거리가 가장 짧을법한 태양계 주기를 따라 우주선을 쏘아 올려도 귀환할 때쯤이면 다시 멀어지기 때문에 왕복 시간은 보다 더 소요될 수 있다. 또 한 가지 문제는 ‘돈’이다. 우주에 존재하는 어느 행성도 사전 정보를 수도 없이 확보했다 하더라도 막상 진입해보면 예상치 못한 환경에 부딪히게 된다. 말하자면 화성과 같은 행성에 탐사선을 착륙시켜 정보를 수집하도록 구축한 프로젝트 비용이 1회성으로 끝이 나버릴 수 있다는 것. 물론 거기서 얻어낸 정보의 가치는 우주 개척을 위한 투자 행위와 감히 비교할 수 없겠지만 기계가 아닌 사람을 보낸다고 했을 땐 어쩌면 목숨과도 바꿀 수 있는 위험한 ‘모험’이 될 수 있겠다.
테슬라의 일론 머스크. 출처 : boingboing.net테슬라(Tesla)의 수장인 일론 머스크(Elon Musk)는 재산만 무려 20조 원이 넘는다고 했다. 테슬라는 기본적으로 전기와 배터리를 결합한 자동차의 신기술을 보유하고 있으며 기업용이나 공공사업용, 가정용을 모두 아우르는 에너지원을 효율적으로 공급할 수 있는 프로젝트도 진행 중이다. 일론 머스크의 관심의 폭은 꽤 다양한 편이다. 온라인 결제 서비스나 전기 자동차, 에너지, 인공지능 등에도 관심이 있으며 이 밖에 우주산업에도 남다른 애정이 있어 ‘스페이스 X(Space X)’를 설립하기도 했다. 2002년 설립된 스페이스 X는 화성에 도시를 건설하고 우주 탐사와 우주선 개발을 중점적으로 다루는 곳이다. 또한 재사용이 가능한 로켓으로 우주선 개발을 지속적으로 이어나감에 따라 획기적으로 비용을 줄일 수 있다고 전했다. 일론 머스크는 나사로부터 지원을 받기도 했고 자신의 재산을 우주 산업에 쏟아부을 정도로 현재의 기술을 더욱 발전시키는데 집중했다. 포브스에서도 기술보다 예산이 문제가 될 수 있다고도 했다. 어려운 상황 속에서도 스페이스 X는 BFR(Big Falcon Rocket Ship)이라 불리는 우주선 개발과 발사에 대한 계획을 세웠다. 2022년까지 그들이 개발한 로켓을 쏘아 올리고 2024년 사람을 태운 유인 우주선을 그리고 2030년이 되면 화성으로 진입할 수 있는 우주선을 개발할 계획이라고 했다.
맺는 말
이쯤 되면 2030년 이후 우주 관광 산업이 현실화될 수도 있겠다는 생각이 든다. 우주국가를 꿈꾸는 나라를 비롯해 기업들에서도 우주선 개발에 박차를 가하고 있으니 오랜 세월 동안 시행착오를 겪고 단단해지고 견고해진 우주선 그리고 국제 우주 정거장에 도달해 지구의 아름다운 모습을 바라볼 수 있다는 점만 생각해도 가슴이 뛴다. 그간 우주 공간을 다뤘던 영화들이 수도 없이 존재해왔고 지금도 머나먼 행성, 우주 밖 어느 공간 미지의 별을 찾아 탐사를 떠나는 이야기들이 쓰이고 있다. 지금으로부터 120년 후 개척 행성으로 떠나는 우주선 아발론호의 이야기를 그린 <패신저스>나 인류의 기원을 찾아 외계행성으로 떠나는 <프로메테우스>와 같은 상상 속의 작품들도 존재한다. 우주 공간에서 어쩌면 있을 수 있는 사고로 인해 허우적거리는 아주 미세하고 작은 ‘인간’이라는 존재를 다시금 그려낸 <그래비티>도 기억에 남는다. 영화는 상상 속에서 만들어지기도 하지만 사실을 기반으로 하여 정말 실감하고 체험하는 듯한 느낌을 준다. 우주라는 공간이 바로 그런 것 같다. 실제로 존재하고 있는 곳이지만 인류는 상상의 나래를 펼쳤고 꿈을 꾸기 시작했다. 그리고 결국 누군가는 경험하고 있는 공간이다. 우리에게 우주는 미지의 세계였지만 이제는 눈 앞에서 그 무궁무진한 아름다움과 찬란함을 느낄 수 있는 날이 결코 멀지 않았다.
달 표면에서 지구를 바라본다는 것. 출처 : pixabay※ 해당 글은 아래 링크를 참조하여 작성하였습니다. 물론 개인적인 호기심과 우주에 대한 관심, 사견을 더하고 아래 참고 사이트 및 문헌에 나와있는 팩트를 기반으로 작성하였습니다. 사실과 다르거나 수정이 필요한 부분에 대해 언급하여 주시면 참고하도록 하겠습니다.
※ 재미있는 우주 상식에 대한 퀴즈들이 있으니 테스트 해보시면 좋을 것 같네요!
https://news.joins.com/DigitalSpecial/325
- The Decision to go to the moon : history.nasa.gov(NASA history office)
- aerodynamic heating : https://encyclopedia2.thefreedictionary.com
- <what is Orion?>(2015.3.25) : nasa.gov
- <화성까지 얼마나 걸릴까>(한국항공우주연구원 백승환 연구원), www.kari.re.kr
- <2020 Mission Plans>(2017.4) : mars.nasa.gov
- <NASA's on target to send humans to Mars within the next 2 decades - but here's why the moon should com first>(2018.10.29) : www.cnbc.com
- 테슬라, www.tesla.com
- 스페이스 X, spacex.com/elon-musk
- <Will SpaceX really be flying people to Mars in 10 years?>(2018.12.14) : forbes.com
- SpaceX Martian colony Mars base alpha could be operational by 2030>(2018.9.25) : autoevolution.com
- <재미있는 탐험 이야기>(2014.6.18), 송영심(가나출판사)
