2022년, 억만장자들이 우주여행을 떠나고 각국 정부는 달에 탐사선을 보낸다. 언뜻 불필요하고 우리 삶과 무관해 보이는 이런 움직임들이 우주에서 자원을 생산하고 경제활동을 벌이는 우주 경제 시대의 서막을 알리고 있다.

▎2020년 11월 플로리다에 있는 NASA의 케네디 우주 센터에서 아르테미스 I 임무에 사용될 우주 발사 시스템(SLS) 로켓이 조립되고 있다. 달에 무인 탐사선을 보내는 아르테미스 I 임무는 오는 4월에 실시될 예정이다. / 사진:NASA

지난해 인류 사상 최초로 시작된 민간 우주여행이 연초부터 다시 화제가 됐다. 온라인 결제업체 시프트4페이먼트의 설립자인 재러드 아이잭먼은 역사상 인간을 우주 가장 멀리까지 보내는 우주여행 프로그램 ‘폴라리스’를 우주 기업 스페이스X와 함께 연내 추진할 예정이라고 지난 2월 발표했다. 폴라리스 프로그램에서 아이잭먼은 인류 역사상 최고 비행고도로 1373㎞ 너머까지 비행할 계획이다. 또 민간인 첫 우주유영도 준비하고 있다.

그런데 한 가지 이상한 점이 있다. 아이잭먼과 스페이스X가 목표로 하는 인류 최고 비행고도 1373㎞는 무려 50년도 더 된 기록이라는 점이다. 1966년 미국 항공우주국(NASA)에서 달 탐사를 위한 기술개발의 일환으로 발사한 유인 우주선 제미니 11호는 고도 1373㎞까지 상승하여 약 이틀 동안 임무를 수행하고 돌아왔다. 비행사 중 한 명이었던 리처드 고든이 그 고도에서 40여 분 동안 우주유영도 했다. 비슷한 고도까지 비행해서 우주유영을 할 계획인 폴라리스 프로그램과 유사하다. 2022년에 추진하는 우주여행이 1966년에 거둔 성과를 목표로 하는 셈이다.

50년 만에 달로 향하는 인류

▎아르테미스 III 임무로 달에 착륙하여 작업을 수행하는 비행사들을 상상한 이미지. 아르테미스 III 임무는 2025년으로 계획되어 있다. / 사진:NASA

옛날을 떠올리게 하는 것은 우주여행 분야뿐만이 아니다. 2020년대 우주기술 분야의 가장 큰 화두인 달 탐사도 그렇다. 올해 미국은 물론 한국과 중국, 일본, 러시아, 인도 등 많은 나라가 무인 달 탐사 프로젝트를 계획하고 있다. 이를 바탕으로 가까운 시일 내에 달에 사람을 보내겠다는 것이다. 달에 사람을 보내다니, 어디서 많이 들어본 이야기가 아닌가? NASA가 발사한 아폴로 11호가 달에 착륙하고 닐 암스트롱이 인류 최초로 달에 발자국을 남긴 날은 1969년 7월 20일이다. 그리고 마지막 유인 달 탐사선 아폴로 17호가 달에 갔던 것은 1972년 12월 19일, 지금으로부터 딱 50년 전이다.

왜 인류는 50년 전에 달성한 업적을 다시 이루기 위해 천문학적인 돈을 투자하는 걸까? 이를 이해하려면 과거 우주탐사가 이뤄진 배경을 살펴봐야 한다. 2차 세계대전이 끝나고 이어진 냉전 시기, 미국과 소련 간 체제 경쟁이 격렬하게 이뤄졌고 우주기술은 그 경쟁에서 중요한 척도였다. 그 과정에서 1957년 소련이 미국보다 먼저 인류 최초의 인공위성 ‘스푸트니크’를 발사하는 데 성공하자 자신들의 과학기술이 우위라고 굳게 믿었던 미국을 비롯한 자본주의 진영은 큰 충격을 받았다. 이를 ‘스푸트니크 충격’이라고 한다는 사실은 이미 잘 알려져 있다.

이 충격 속에서 미국은 이듬해 NASA를 창설하고 다양한 우주탐사 프로젝트를 진행했다. 최초의 인공위성에 이어 1961년에는 최초의 우주비행사(유리 가가린) 배출국 타이틀까지 빼앗긴 미국이 기술적 우위를 만천하에 자랑할 수 있는 과제로 선택한 것이 바로 유인 달 탐사였다. 이는 존 F. 케네디 대통령이 1962년에 했던 유명한 연설에서도 잘 드러난다. “우리는 10년 안에 달에 가기로 결정했습니다. 쉬워서가 아니라 어렵기 때문입니다. 이 목표야말로 미국의 에너지와 능력을 최대한 조직하고 측정하게 해줄 것입니다.”

이 연설을 보면 알 수 있듯이 당시 미국의 목표는 달에 사람을 보내는 것, 딱 거기까지였다. 그리고 1969년 그 목표가 달성되자 우주개발 열기는 이내 사그라들었다. 우주개발에는 천문학적인 비용이 들어가지만, 당시로서는 달에 깃발을 세우고 돌이나 흙을 가져오는 것 외에 할 수 있는 일이 별로 없었기 때문이다. 그렇게 아폴로 11호가 첫 유인 착륙에 성공하고 아폴로 17호까지(사고로 달 착륙에 실패한 아폴로 13호 제외) 6차례 더 유인 달 착륙을 실시한 뒤, 미국을 포함하여 그 어떤 나라도 달에 사람을 보내지 않았다.

그렇게 뒷전으로 밀려났던 달 탐사가 최근 다시 각국 정부와 기업의 주요 과제로 떠올랐다. 올해 한국, 미국, 일본, 러시아, 인도 등 5개국이 달에 무인 탐사선을 발사할 예정이다. 향후 5~10년 내에는 유인 달 탐사도 계획되어 있다. 미국의 스페이스X, 일본의 아이스페이스 등 민간기업들도 달 탐사 계획에 적극 참여할 전망이다.

미국이 달 탐사를 중단한 지난 50년 동안 무엇이 변했기에 이렇게 각국이 다시 달 탐사에 열을 올리는 것일까? 그 이유는 간단하다. 50년 전의 달 탐사는 그 자체가 최종 목표였지만, 이제 달 탐사는 훨씬 원대한 목표를 향한 첫발이 되었기 때문이다. 그 목표란 달에 장기 거주 및 심우주(지구궤도 밖의 우주) 탐사를 위한 기반을 마련하고, 궁극적으로 인류가 다행성 종(interplanetary species, 여러 행성에 거주하는 종)으로 거듭나는 것이다.

2020년대 후반에 달 기지 건설

▎1972년 아폴로 17호 사령관인 우주 비행사 유진 서넌이 달 표면에서 탐사차를 타고 이동하고 있다. 이해를 마지막으로 아직까지 인류는 한 번도 달에 사람을 보내지 않았다. / 사진:NASA

NASA가 추진하는 달 탐사 프로그램인 아르테미스를 잘 살펴보면 향후 10여 년 동안 전개될 우주개발의 미래를 그려볼 수 있다. 아르테미스 프로그램은 크게 두 단계로 나뉜다. 1단계는 유인 달 착륙 및 월면에서의 활동을 준비하는 단계다. NASA는 올해 4월 중순께 아르테미스 프로그램의 첫 발사 임무인 아르테미스 I을 실시한다. 새로 개발한 로켓인 우주 발사 시스템(SLS)을 사용하여 신형 우주선 오라이언을 달 궤도로 발사하는 임무다. 발사된 오라이언은 약 30~40일간 비행하며 달 궤도를 한 바퀴 돌고 지구로 귀환한다. 50년 만에 재개되는 본격적 달 탐사를 위해 신형 기기들의 성능을 점검하는 ‘몸풀기’ 격 임무다.

이어서 2023~2024년께 실시될 아르테미스 II에서는 아르테미스 I과 동일한 우주선과 로켓을 사용하여 비슷한 궤도로 비행하되, 사람이 탑승하여 달 착륙 준비를 위한 각종 실험을 실시한다. 그리고 2025년으로 예정된 아르테미스 III에서는 최초로 달에 착륙할 여성을 포함하여 우주비행사 4명이 달 표면에 착륙한다. 이후 비행사들은 착륙선을 임시 기지로 삼아 약 일주일 정도 달에 머무르며 연구를 수행하고 돌아온다.

여기까지는 과거의 달 탐사 임무와 크게 다르지 않아 보인다. 중요한 건 이 다음부터 시작되는 두 번째 단계다. 이 단계에서는 달궤도를 회전하며 일종의 우주정거장 역할을 할 게이트웨이(Gateway)와 달에서 장기간 거주 및 임무 수행이 가능한 달 기지 건설이 이뤄진다. 달을 심우주 탐사를 위한 거점으로 만드는 것이다.

2020년대 후반에 달 남극 부근에 설치될 것으로 예상되는 NASA의 달 기지는 우주비행사 4명을 수용할 수 있는 본부, 달에서 장기적인 여행을 할 때 사용될 월면차와 이동식 기지로 구성될 계획이다. 이 기지에는 통신, 전기, 방사선 차단, 폐기물 처리 및 저장 등 장기 거주에 필수적인 인프라가 모두 갖춰진다. 파견된 비행사들은 최대 2개월간 이곳에 머무르며 탐사 활동을 수행할 수 있다.

달 기지와 더불어 달 개발을 지원할 핵심 시설이 달 궤도에 띄워질 게이트웨이다. 우주비행사의 달궤도 진입 및 이탈, 달 기지와 지구 간 통신 등의 역할을 수행하며 이름 그대로 인류가 달 기지 및 심우주로 넘어가는 관문 역할을 하게 된다. 2023년에 첫 모듈 발사가 예정되어 있는 게이트웨이는 아르테미스 프로그램의 진행에 따라 모듈을 하나씩 발사하여 2030년께 총 9~10개 모듈로 완성될 예정이다.

▎민간기업 액시엄 스페이스에서 제작한 국제우주정거장 모듈의 일부. / 사진:AXIOM SPACE

달 기지가 심우주 탐사에 중요한 이유에는 여러 가지가 있지만, 가장 큰 이유는 비용이다. 지구에서는 대형 우주선을 자주 발사하는 데 한계가 있다. 중력이 강하기 때문에 연료가 많이 들어가며, 환경에 미치는 영향도 대단히 심각하다. 만약 중력이 약한 지구 밖의 장소, 즉 달에서 우주선을 발사할 수 있다면 소요되는 비용과 에너지를 대폭 절약할 수 있다. 지구의 탈출 속도(중력에서 벗어나기 위해 필요한 속도)는 7.9㎞/s인 데 비해 달의 탈출 속도는 불과 2.38㎞/s다.

달 기지의 또 한 가지 중요한 역할은 자원 탐사 및 채취다. 세계 각국이 달에 다시금 주목하게 된 것은 달 남극에서 대량의 얼음이 확인됐기 때문이기도 하다. 이 얼음을 채취하면 달에서 식수를 얻을 수 있을 뿐 아니라 물을 분해하여 산소와 수소를 생산할 수도 있다. 산소는 인간의 생존에 필요하고 수소는 로켓 등에 연료로 활용된다. 달이 심우주로 나아가는 데 필수적인 거점일 수밖에 없는 이유다. 그래서 일부 과학자들은 “월인(Lunatic)이 되지 않고서는 화성인(Martian)이 될 수 없다”고 말한다.

우주 경제 시대의 개막

물론 달에는 얼음만 있는 것이 아니다. 지금까지의 조사 결과에 따르면 달 표면에는 철, 티타늄 등 금속이 상당량 함유돼 있다. 특히 주목받는 것은 희토류 매장량이다. 희토류는 스마트폰, 전기자동차, TV 등 전자제품 제조에 필수적이지만 지구에서는 생산지가 제한적인 전략자원이다. 전문가들은 달에 희토류가 풍부하게 매장돼 있을 것으로 보고 있다.

달에서 주목받는 또 다른 자원은 헬륨-3이다. 핵융합 재료로 사용될 수 있어 미래 에너지원으로 꼽힌다. 헬륨-3 1g으로 핵융합을 하면 석탄 40t에 달하는 에너지를 친환경적으로 생산할 수 있다. 그러나 헬륨-3은 태양풍(태양에서 방출된 입자 전하)으로 인해 생성되는데, 지구는 두꺼운 대기와 강력한 자기장으로 보호받고 있어 태양풍에 거의 노출되지 못하기 때문에 헬륨-3 부존량이 매우 적다. 이와 달리 태양풍을 그대로 받는 달에는 약 110만t에 달하는 헬륨-3가 있는 것으로 추정된다.

달 기지와 게이트웨이가 건설되고 지구와 달을 오가는 게 더욱 원활해지면 이러한 자원을 지구로 가져오기도 쉬워진다. 미국 정부는 2020년 4월 행정명령을 통해 이를 위한 법적 근거를 마련하며 민간기업에 적극적인 우주 자원 채굴을 장려했다. 그해 12월에는 미국 루나포스트, 일본 아이스페이스 등 민간기업 4곳과 달 표토 채집권 계약을 체결했다.

이러한 미국 정부의 움직임은 미국을 중심으로 활성화되는 민간 우주 기업의 성장과 맞물려 지금까지 없었던 새로운 시대를 열어젖힌다. 바로 우주 경제 시대다. 지금까지 정부가 주도하는 과학 연구의 대상, 탐사 대상이었던 우주가 민간이 주도하는 경제활동과 산업의 대상으로 확장되기 시작하는 것이다.

과거와 현재의 우주산업에서 중요한 차이점 가운데 하나가 바로 이러한 민간기업의 역할이다. 현대 우주개발사업의 근간은 민관협력이다. 항공우주 시장 분석 전문기관 스페이스테크 애널리틱스의 2021년 자료에 따르면 전 세계의 민간 우주 기업 수는 1만 개가 넘고, 이들의 기업가치는 도합 4조 달러에 달한다.

과거의 우주 경쟁은 미국과 소련 간 체제 경쟁이었지만, 이제는 사업 기회를 거머쥐기 위한 민간기업 간 경쟁이 됐다. 민간기업들이 서로 치열하게 경쟁을 벌이는 가운데 우주 관련 기술의 성능은 개선되고 가격은 낮아진다. NASA는 중요하고 규모가 큰 사업이 있을 때마다 다른 정부 기관이 하듯이 사업체를 공모하고 경쟁을 유도하여 가장 우수한 기술을 선정한다. 정부 기관이 모든 비용을 감당해야 했던 과거와는 전혀 다른 모습이다.

NASA의 상업용 달 화물 서비스(CLPS) 이니셔티브가 대표적이다. NASA는 올해부터 발사될 달 착륙선을 개발할 사업자를 2018년부터 공모하며 매년 사업자를 선정하여 계약을 체결해왔다. 이 공모에 지금까지 총 세 차례 선정된 미국 기업 인튜이티브 머신즈의 CEO 스티브 앨티머스는 한 인터뷰에서 “NASA가 아주 일을 잘하고 있다”며 “CLPS는 혁신과 경쟁에 아주 좋은 영향을 미치고 있다”고 말했다.

달 기지와 자원 개발이 우주 경제에 미치는 영향이 한 가지 더 있다. 우주 경제의 근간을 ‘우주에서 지구로(space-for-earch)’ 산업에서 ‘우주에서 우주로(spacefor-space)’ 산업로 전환한다는 것이다. 우주개발이 시작된 이래 지금까지 우주에서 이뤄진 경제적 활동은 거의 대부분 지구에 서비스를 제공하기 위한 것이었다. 지구에서 만든 것을 우주로 보내고 그 부산물을 다시 지구로 가져와야만 가치가 발생했다. 그러나 앞으로는 우주의 자원을 우주에서 가공하여 우주에서 활용하고 가치를 창출하는 산업이 점차 생겨나리라는 것이 전문가들의 전망이다.

예를 들면 달에서 채굴한 얼음을 분해하여 수소를 만들고, 이 수소로 만든 연료를 게이트웨이로 보내서 달궤도를 지나는 우주선에 공급하는 사업을 생각해 볼 수 있다. 재료만 있으면 구조물을 쉽게 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술의 발달도 우주 경제에 큰 힘이 될 전망이다. 조 랜든 록히드마틴 부사장은 컨설팅 업체 맥킨지와의 인터뷰에서 “3D 프린팅과 적층 제조 기술이 이 업계에 일대 혁신을 일으킬 수 있다”며 “건축자재를 포함하여 우주에서 필요한 거의 모든 것을 우주에서 얻은 자원으로 만들 수 있게 될 것”이라고 전망했다.



[박스기사] 우주 스타트업

렐러티비티(Relativity)

제프 베이조스의 우주 기업 블루 오리진 출신인 팀 엘리스가 2015년 공동 설립한 로켓 제조기업이다. 3D 프린팅을 활용하여 빠르고 저렴하게 재사용 로켓을 제조하는 기술로 주목을 받고 있다. 올해 초 미국 플로리다에서 첫 소규모 로켓을 발사할 예정이며, 2024년에는 대형 로켓 발사를 계획하고 있다. 지난해 8월 미 우주군과 10억 달러 규모 계약을 체결하는 등 발사도 하기 전부터 이미 다수의 계약을 따냈다.

액시엄 스페이스(Axiom Space)

민간기업 최초로 ISS 모듈 개발을 승인받으며 이름을 알린 액시엄 스페이스는 NASA에서 10년간 ISS 프로그램을 관리한 마이클 서프레디니가 2016년 설립한 항공우주 기업이다. 이 업체의 모듈 ‘액시엄 스테이션’은 고속 와이파이와 지구가 보이는 통창을 갖춘 우주 호텔, 영화 촬영과 공연이 가능한 다목적 스튜디오 등 완전 상업 시설로 제작되며 2024년 발사 예정이다. ISS가 퇴역하는 2028년 이후에는 분리되어 독립적인 상업용 우주정거장으로 기능하게 된다.

퀀텀 스페이스(Quantum Space)

은퇴한 NASA 출신 엔지니어 스티브 주르직이 2021년 설립한 우주용 로봇 개발 기업이다. 이 회사의 목표는 데이터 수집, 우주선 연료 공급, 우주 공간에서 구조물 조립 등 다양한 기능으로 우주개발을 도울 로봇을 만들어 우주로 내보내는 것이다. 2024년 초에 첫 로봇 발사를 계획하고 있다.

아스트라(Astra)

NASA 출신 IT 전문가 크리스 켐프가 2016년 설립한 아스트라는 설립 5년 차인 지난해에 로켓을 발사하여 성공적으로 궤도에 안착시켰다. 가장 짧은 기간 내에 로켓 발사에 성공한 민간기업으로 주목받으며 스페이스X의 뒤를 이을 주요 우주 스타트업으로 꼽혔다. 그러나 지난 2월 발사한 로켓이 기술적인 문제로 궤도에 진입하지 못하면서 주가가 폭락했다.

[박스기사] 한국도 달에 궤도선 보낸다

한국의 기술력으로 제작된 한국 최초의 달 궤도선도 오는 8월 달로 향한다. 스페이스X의 팰컨9 로켓에 실려 발사된 KLPO(Korea Pathfinder Lunar Orbiter)는 12월에 달에 도착하여 1년간 달궤도를 돌며 표면을 탐사한다. KPLO에는 한국항공우주연구원이 개발한 고해상도 카메라(LUTI), 한국천문연구원이 개발한 광시야 편광카메라(PolCam), 경희대가 개발한 자기장 측정기(KMAG)를 비롯한 5가지 관측 장비와 NASA가 개발한 음영지역 촬영 장치 ‘섀도캠’이 탑재됐다. 이 장치들은 달 표면을 촬영하고 원소, 입자, 자기력 등을 측정한 뒤 탑재된 우주 인터넷 장치를 통해 지구로 데이터를 전송하게 된다. 이번 임무가 성공하면 한국은 러시아, 미국, 중국, 인도, 일본, 유럽연합에 이어 세계에서 7번째로 달에 궤도선을 보낸 국가가 된다.

- 이기준 객원기자