[아하! 우주] 우주 범선으로 태양 탐사…NASA의 솔라 크루저 우주선

올해 말 발사 예정인 나사의 차세대 우주 로켓 SLS (Space Launch System)의 1차 목표는 달 탐사선 오리온 (Orion) 우주선을 달 – 지구 궤도로 보내는 것이다. 그런데 SLS가 워낙 큰 로켓이라 오리온 우주선 이외에도 작은 우주선을 추가로 실을 수 있는 여유 공간이 있다.

미국항공우주국(이하 NASA)는 여기에 여러 개의 작은 미니 우주선인 큐브셋 (CubeSat)을 함께 실어 다양한 임무를 수행할 계획이다. 그중 하나가 거대한 솔라 세일 (Solar Sail)을 지닌 NEA 스카우트 (Near-Earth Asteroid Scout) 우주선이다.

10 x 20 x 30cm 크기의 작은 우주선이지만, 십자형으로 펼쳐지는 네 개의 팔에 85㎡ 면적의 얇은 금속 막인 솔라 세일을 펼칠 수 있다. 우주에는 지구처럼 강한 바람은 없지만, 대신 태양에서 나오는 입자의 흐름인 태양풍이 존재한다.

솔라 세일은 이름처럼 태양풍을 받는 돛으로 범선과 똑같이 우주선을 움직일 수 있다. 다만 그 힘이 매우 약하기 때문에 매우 얇고 넓은 솔라 세일이 필요하다. 

NASA는 올해 발사할 NEA 스카우트를 통해 솔라 세일의 노하우를 축적한 후 2025년 이보다 16배 더 큰 1672㎡의 솔라 세일을 지닌 중형 탐사선 솔라 크루즈 (Solar Cruise)를 발사할 계획이다. 웬만한 대형 범선의 돛보다 큰 솔라 세일을 이용해서 탐사하려는 목표는 바로 태양 자체다.

솔라 크루즈는 솔라 세일을 이용해 태양에 접근하면서 태양의 극궤도 (polar orbit)을 공전하도록 궤도를 변경한다. 태양의 남극과 북극을 공전하는 극궤도로 진입하기 위해서는 상당한 양의 연료가 필요하다.

그런데 여기에 솔라 세일만의 장점이 있다. 태양에 가까이 다가갈수록 솔라 세일이 받는 태양풍의 힘이 강해지기 때문에 연료를 사용하지 않아도 궤도를 쉽게 변경할 수 있는 것이다. 

또 솔라 세일이 망가지지 않는 이상 영구적으로 태양에서 연료를 공급받을 수 있어 로켓에 연료가 떨어지면 임무가 끝나는 다른 탐사선보다 더 오래 탐사 임무를 수행할 수 있다는 것도 장점이다.

다만 작은 우주선에 달린 거대한 솔라 세일을 조종해서 원하는 궤도로 진입하는 일은 생각보다 쉽지 않을 수 있다. 솔라 크루즈는 이를 검증하는 무대가 될 것이다. 

NEA 스카우트와 솔라 크루즈가 연달아 성공한다면 앞으로 거대한 솔라 세일을 지닌 우주선이 태양풍을 받아 태양계 곳곳을 누비는 우주 범선 시대가 열릴 수도 있다.

태양 근처에서 태양풍을 가득 받아 속도를 올린 후 태양계 먼 곳까지 빠르게 이동할 수 있기 때문이다. 오래전 SF 작품에서 나왔던 꿈이 가까운 미래에 현실이 될 수 있을지 결과가 주목된다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com