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[고든 정의 TECH+] 로켓 이용해 달에서 얼음 채취…역발상 아이디어 통할까?

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▲ 로켓 M 시스템의 구조와 개념도. 출처: Masten

▲ 로켓 M 시스템의 구조와 개념도. 출처: Masten

 

현재 미국항공우주국(NASA, 이하 나사)는 세계 여러 나라의 우주 기구와 협력해 인간을 다시 달로 보내는 아르테미스 임무를 추진하고 있습니다. 반세기 전 아폴로 프로그램이 인류를 최초로 달에 보내는 것이었다면 아르테미스 임무의 목표는 영구적인 달 기지를 건설해 인류의 우주 진출의 토대를 쌓는 것입니다.

하지만 달 궤도나 표면에 기지 건설과 유지에 필요한 자원을 수송하기 위해서는 막대한 비용이 들어갑니다. 결국 장기적으로 보면 현지에서 자원을 조달할 수 있어야 인류의 달 진출이 성공할 수 있습니다. 

나사는 이와 관련된 여러 가지 연구 프로젝트를 추진하고 있습니다. 나사가 특히 중요하게 생각하는 자원은 바로 물입니다.

강한 햇빛이 내리쬐는 달 표면은 매우 건조하지만, 많은 양의 물이 얼음 형태로 매장된 지역도 있습니다. 바로 영원히 햇빛이 도달할 수 없는 달 남극의 크레이터 안쪽입니다. 남극 크레이터의 영구 음영 지대에는 과거 혜성 충돌에 의한 것으로 생각되는 얼음이 땅속에 잠자고 있습니다. 

나사는 이 얼음을 효과적으로 채취하는 기술을 개발하기 위해 ‘얼음 깨기 챌린지 (Break the Ice challenge)’를 진행 중입니다. 미국의 우주 스타트업인 마스턴 우주 시스템(Masten Space Systems)은 로켓을 이용한 얼음 채취 기술인 로켓 M (ROCKET M - Resource Ore Concentrator using Kinetic Energy Targeted Mining)을 제안하면서 이 사업에 뛰어들었습니다. 로켓 M을 간단히 설명하면 작은 자동차 크기의 로버에 로켓을 탑재해 달 표면에 있는 먼지와 얼음 입자를 흡입하는 장치입니다. 

표면의 대부분은 운석에 의해 형성된 고운 먼지 같은 입자인 레골리스(regolith)로 덥혀 있습니다. 달 표면의 얼음 입자 역시 레골리스와 섞여 있습니다. 다시 말해 지구의 빙하처럼 얼음만 따로 채취하기 어렵고 별도의 분리 장치가 필요합니다.

따라서 마스턴의 연구팀은 일단 먼지와 얼음 입자를 흡입한 후 원심 분리, 정전기 분리, 자기장 분리 시스템을 이용해서 얼음 입자만 따로 분리한다는 독특한 개념을 제시했습니다. 문제는 달에는 공기가 없어 진공청소기처럼 흡입이 어렵다는 것입니다. 바로 이 대목에서 로켓의 역할이 있습니다. 

로켓 M의 로켓 엔진은 로버를 공중에 들어 올릴 정도로 강력하지 않습니다. 대신 가스를 강한 힘으로 분사해 먼지와 얼음 입자를 날리게 하는 것이 목적입니다. 이 과정에서 일부 얼음이 녹거나 증발할 수 있으나 어차피 온도가 극도로 낮은 달 표면이기 때문에 다시 얼게 됩니다. 만약 얼지 않고 수증기 형태로 남은 물은 별도의 시스템으로 회수합니다.

연구팀은 우선 지구에서 로켓 M 시스템을 검증했습니다. 로켓 M 시스템은 지표 아래 2m까지 흙과 모래를 채취했습니다. 중력이 지구의 1/6인 달에서는 더 효과적으로 자원 채취가 가능할 것으로 예상됩니다.

▲ 착륙선에서 내리는 로켓 M 로버. 출처: Masten

연구팀이 목표는 로켓 M 시스템으로 한 번에 최대 100kg, 하루 최대 12회 얼음을 채취하는 것입니다. 이상적인 조건에서 1년 동안 쉬지 않고 얼음을 채취한다면 1톤 조금 넘는 로버로 연간 426t의 얼음을 채취할 수 있습니다. 

참고로 로켓의 연료는 수소와 산소인데, 물을 전기 분해해서 얻을 수 있습니다. 그리고 연소하면 역시 수증기가 되기 때문에 로버에서 다시 회수가 가능합니다. 로버는 태양 전지로 충전이 가능한 위치에 있는 기지에서 출발해 얼음을 채취하고 다시 기지로 돌아옵니다. 이론적으로는 추가적인 자원이나 에너지 없이 자체적으로 얼음을 영구 채취할 수 있는 것입니다. 



현재 로켓 M 시스템은 다른 경쟁자와 함께 1단계 프로젝트에 참가한 상태입니다. 1단계는 개념과 디자인 타당성을 검증하는 단계입니다.

나사는 8월 13일에 1단계 사업자를 선정할 예정입니다. 만약 로켓 M이 2단계를 거쳐 최종 사업자로 선정된다면 사상 최초의 로켓 우주 채굴 시스템이 등장할 수 있습니다. 참신한 아이디어로 다른 경쟁자를 물리치고 성공할 수 있을지 주목됩니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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