"(일정내 우주복 준비가 안돼) 현재 미국 항공우주국(NASA)이 계획한 2024년 12월 달 착륙은 가능하지 않다."

지난달 CNBC 등 미국의 매체들이 오는 2024년 인간을 다시 달로 보내는 프로그램이 불가능할 수 있다며 그 이유 중 하나로 우주복 개발 지연을 꼽았다. 빨라야 2025년 4월에나 만들어질 것이라는 보도였다. 근거는 NASA 감사관실(OIG)이 내놓은 감사 보고서였다.

이 보고서에 따르면 NASA에는 총 27개 민간 우주복 개발협력업체가 공급하는 92개 부품이 들어가는데 이 같은 상황이 벌어졌다는 것이다. 한마디로 사공이 많아 배가 산으로 가게 된 상황이 아니냐는 눈총을 받을 만 한 상황이 된 것이다. 이번 우주복은 민간과 함께 만드는 첫 프로젝트다.

게다가 OIG는 시제품 제작과 국제우주정거장(ISS)에서의 평가 과정 등을 거쳐 개발이 최종 완료될 경우 기존 투입액의 2배가 넘는 최대 10억달러(약 1조1000억원)가 들 것이라고 계산했다. OIG는 우주복 제작 계약과 일정을 다시 잡을 것을 권고했다. 보고서는 우주복 제작이 늦어지면서 담당자들 사이에서 “(우주복에 적응할) 충분한 훈련 시간이 확보되지 않을 수 있다는 우려가 있다”고 쓰고 있다. 특히 보고서는 국제우주정거장에 가는 우주비행사들이 45년 전 디자인된 우주복을 입고 있다고 꼬집었다.

OIG 보고서는 우주복 개발 지연 배경으로 자금 부족, 코로나19 팬데믹(세계적 대유행) 영향에 따른 공급망 혼란, 기술적 어려움 등을 꼽았다.

일론 머스크 스페이스X 창업자는 CNBC 우주담당 기자 마이클 쉬츠가 쓴 암울한 보고서 보도가 나오자 “필요하다면 스페이스X가 할 수 있다”고 트윗으로 제안했다.

쉬츠 기자는 27개의 다른 회사가 우주복 부품을 공급하고 있다고 지적했다. 이에 머스크는 “주방에 요리사가 너무 많은 것 같다”고 꼬집었다. OIG 감사 보고서대로라면 NASA 혼자서는 우주복을 10억달러를 들여도 제 시간 내에 못 만든다는 얘기니까 그 돈으로 만들어 주겠다는 것이다.

앞서 NASA는 지난 2019년 10월 우주인들이 달 표면에 착륙해 탐사 임무를 수행할 때 착용할 ‘선외활동복(xEMU)’과 발사와 귀환 때 우주선에서 입는 우주복인 ‘오리온 크루 생존 시스템 슈트(OCSS)’를 공개한 바 있다. 하지만 NASA는 2024년 11월 이전에 ‘선외활동탐사복(xEMU·Exploration Extravehicular Mobility Unit)’ 두 벌을 완벽한 상태로 준비하기로 했지만 시제품 개발 등이 계획보다 20개월 이상 늦어져 있다.

현재 우주복(EMU)은 1974년 우주왕복선 프로그램에 맞춰 개발된 뒤 1990년대 초 ISS 밖 우주유영에 맞게 개조된 것이다. 현재 xEMU는 기존 우주복의 기동성과 유연성, 통신 기능 등을 강화해 달과 화성 탐사 등을 염두에 두고 개발되고 있다.

도대체 우주복이 무엇이길래 이렇게 힘들고 문제가 되는 것일까. 그리고 과연 머스크의 자신감은 일리있는 것일까. 주변 상황을 따라가 봤다.

머스크의 제안 먹혀들 가능성도…연말에 공식 제안요청서 내놓을 듯

일론 머스크의 제안은 빈말이 아니다. 그가 세운 스페이스X는 국제우주정거장(ISS)을 오가는 유인 캡슐 ‘크루 드래건’ 승무원용 가압 비행복을 자체 개발해 활용 중이다.

게다가 지난 7월 NASA는 “우주복 기술을 최적화하고 우주 시장 개척을 고무시키기 위해 상업적 제휴를 맺겠다”고 밝혔기 때문에 머스크의 스페이스X 제안도 가능성의 범위 안에 있다.

NASA는 모든 조달 활동과 병행해 자체적으로 xEMU를 계속 개발할 것이라고 말했다. NASA는 2022년 초 우주복 공급자 결정을 목표로 올해 말 우주복과 우주유영 지원 서비스 정식 제안요청서를 발표할 것으로 예상하고 있다.

OIG 보고서에는 xEMU 개발 비용에 대한 몇 가지 큰 수치를 상세히 기술하고 있다. NASA는 2024년 11월까지 2벌의 우주복을 제작하겠다는 초기 목표를 세웠고 이 프로젝트에 4억 2000만 달러를 이미 투자했다. 감사실은 그 옷들이 개발되고 조립될 때쯤이면 가격표가 10억 달러 이상으로 부풀어 오를 것이라고 예상했다.

우주복이 없으면 달 탐사도 불가능하다

달에 우주선을 보내는 것과 우주비행사들을 달 표면에 안전하게 착륙시켰다가 임무 수행후 지구로 안전하게 귀환시키는 것은 별개의 문제다.

아폴로 시대(1969~1972)의 우주복에 비해 우주인의 이동성과 편안함을 크게 높이려는 새로운 우주복은 인간의 달 탐사를 위한 핵심 부품이다. 우주복이 없으면 달표면을 걸어 탐사하는 것도 할 수 없다.

다른 것은 그렇다고 쳐도 도대체 우주복이 뭐길래 인류가 또다시 달에 가는데 걸림돌이 될 정도로 시간이 많이 걸리는 문제일지 궁금해진다. (NASA 일정표에 따르면 아르테미스의 승무원 3~4명은 2024년 9월 우주발사체 로켓을 타고 오리온 우주선에 탑승해 발사된다. 최대 4명의 우주비행사가 지구를 떠나게 되며 2명은 스페이스X 유인 착륙선을 타고 달 남극지역으로 내려가 6.5일 동안 머물면서 4차례의 달에서 걷게 된다.)

우주 경쟁은 우주비행사의 생명을 건 탐험 도왔다

지난 50년 동안, 우주복은 역사적인 순간들을 정의하는 역할을 해 왔다. 우주에서 우위를 점하기 위한 냉전시대 미국-구소련 우주 경쟁에서부터 미국의 인류 최초의 달 착륙, 지구 저궤도 국제우주정거장(ISS)에서 지속적으로 각국 우주비행사가 거주하기까지 우주복은 놀라운 성과를 가능케 했다.

우주복은 언뜻 보기에는 단순해 보이지만 우주복의 표면층 아래에는 인간의 움직임과 일치하고 가혹한 우주 환경으로부터 탑승자를 보호하는 복잡한 기능과 기준을 갖고 있다.

1958년부터 미국 유인 우주 탐사 임무를 이끌어온 NASA는 머큐리(미국 최초 우주비행), 제미니(미국 최초의 우주 유영), 아폴로(인류 최초 달 착륙), 스카이랩(미국 최초의 우주 정거장) 프로그램의 성과로 세계의 관심을 모았다.

인류가 지구의 경계를 넘어서는 과정에서 우주복은 생명을 걸고 있는 남녀를 보호하고 우주 탐사에서 인간적 요소를 대변한다.

우주 강국의 미국 중국 러시아의 우주복 개발

우주복 개발 및 제조는 오늘날에도 계속 발전하고 있다. 소련은 1961년 4월 12일 인류 최초로 유리 가가린이 지구궤도를 돌았고 1965년 보스호드2에 탄 알렉세이 레오노프의 인류 최초 우주 유영을 위해 우주복을 개발해 초기 우주복 작업에 주도적 역할을 했다.

러시아에서는 즈베즈다라는 기업이 구 소련 우주복의 초기 개발을 주도했고 ISS에서 러시아가 주도하는 우주 유영에 사용된 우주복을 포함하여 모든 러시아 우주복을 생산해 왔다.

우주에서 가장 많이 사용된 두 종류의 슈트는 '소콜'과 '오를란' 시리즈 슈트다. 소콜은 1973년 발사 및 착륙 중에 착용하기 위해 도입됐고 오늘날에도 소유즈 우주선의 모든 비행에 사용되고 있다. 오를란은 1977년 구소련의 인류 최초 우주정거장 살류트에서 우주 유영할 때 사용하기 위해 도입된 이래 미르 우주정거장에서도 사용됐고 현재도 미국 우주복과 함께 ISS에서 사용되고 있다.

러시아 슈트는 미국 슈트와는 약간 다른 디자인 마인드를 따르고 있다. 이들은 매우 튼튼하고 주름없이 임무를 수행할 수 있도록 만들어졌다. 반면 미국 수트는 최신 소재와 기술을 사용해 최고 수준의 편안함과 성능을 제공한다. 간단히 비유하자면 지프를 운전하는 것과 스포츠카 승차감에 비유된다.

최근 몇 년 동안 러시아는 유인 우주 프로그램을 시작하는 것을 돕기 위해 중국과 협력했다. 중국은 발사, 진입, 우주 유영을 위해 소콜과 오를란 우주복의 파생 모델인 우주복을 자체 생산해 왔다. 인도는 또한 젊은 우주 프로그램을 위해 독자적인 슈트를 개발하고 있다.

2010년대 들어 인간 우주 탐사는 NASA 주도의 노력과 상업 우주 탐사로 구성될 다음 단계로 전환 중에 있다. 우주 관광이 성장하고 더 많은 사람들이 우주를 여행함에 따라, 이러한 여행자의 요구를 충족시키기 위한 새로운 우주복이 요구될 것이다. 반대로 NASA가 소행성, 달 또는 화성에 대한 임무를 구조화함에 따라, 이러한 환경으로의 여행을 수용하기 위한 고급 우주복이 필요하게 됐다.

우주복 작동 관련 요구 사항…우주 유영복은 상용 우주 여행복과는 다르다

우주 유영에서 사용되는 우주복인 선외복(EMU)은 상업용 우주여행 우주복보다 훨씬 더 엄격한 보호 기준과 성능 요구를 충족해야 한다. 제프 베이조스나 리처드 브랜슨이 타고 지구궤도로 올라간 상용 우주복은 주로 발사 및 착륙 시 비상 보호를 위해 사용되기 때문에 매우 간단할 수 있다. 따라서 두 범주의 우주복은 극적으로 다르다 .

우주복은 일반적으로 지구 저궤도와 달의 표면과 같은 환경에서 사용되는 것으로 생각된다.

그러나 이들은 종종 우주 유영이나 우주선외 활동 이외에 대비해야 한다. 즉 발사, 발사중단, 착륙 등 더 복잡한 비상 작전(이륙대 발화폭발) 등 여러 단계에서도 작동할 수 있어야 한다.

지구 저궤도에서 우주인은 우주의 진공 상태는 물론 섭씨 120도에서 영하 150도에 이르는 극단적인 열변화, 미세중력, 지구가 90분 간격으로 공전하는데 따르는 강렬한 태양빛에서 절대 암흑으로 빠르게 변화하는 데에도 대응해야 하고, 그리고 초당 8~16km로 빠르게 이동하는 마이크로 운석과 궤도 잔해로부터 보호 받을 수 있어야 한다.

달이나 행성에서의 환경관련 도전도 증가하고 있다. 달은 지구 중력의 6분의 1에 불과해 인간움직임을 제한하며, 날이 날카롭고 연마성이 강한 미세한 달 먼지 입자로 덮여 있다. 올바르게 관리하지 않을 경우 달 먼지는 우주복 자재 및 베어링 조인트를 빠르게 저하시켜 우주복의 효과를 떨어뜨릴 수 있다.

반면 화성은 중력이 지구의 8분의 3 수준이고 대기가 약하며 바람에 닳아 날이 선 흙이 더 많아 보이진 않지만 고분자 물질을 분해할 수 있는 화학적 산화제가 포함된 경우도 있다.

게다가 일반적인 우주선 외 우주유영 작업에는 건설, 수리, 유지보수, 설정 또는 모니터링 실험 등이 포함되므로 우주복은 이러한 활동에 관련된 인간의 모든 움직임을 반영할 수 있어야 하며 착용자의 피로를 최대한 줄여줘야 한다. 우주 비행사들이 미세한 우주 중력 상태에서 이 지점 저지점으로 이동하려면 뛰어난 우주복 어깨, 팔, 손의 이동성을 필요로 한다. 특히 허리와 다리를 많이 움직인다.

이 중 장갑은 대부분의 작업에 중요하기 때문에 어떤 임무에서든 항상 최고의 기동성 및 민첩성을 갖춰야 한다. 게다가 우주 선외활동은 일반적으로 6~8시간 지속되므로 수화와 폐기물 기능을 포함한 모든 생리학적 요구를 수용해야 한다.

이와 함께 선외 우주복은 호흡을 위해 산소를 공급하고, 숨을 내쉬면서 발생하는 이산화탄소를 제거하며, 땀으로 인해 생기는 수분을 흡수하고, 몸의 모든 표면에 압력을 가해 체액이 기체로 되는 것을 막아줘야 한다. 또한 이 우주복은 장비와의 충돌이나 추락 발생시 충격 보호기능을 제공해야 한다.

우주복 소재 수명 8년, 금속재 수명 20년

우주복의 모든 구성 요소는 보관 및 사용 기간 동안 지속돼야 한다. 모든 섬유 및 중합체 소재의 보관 수명은 8년이고 금속의 보관 수명은 20년이다. 모든 우주복 부품은 수백 시간의 가압된 시간을 견딜 수 있어야 한다. 이 우주복은 일반적으로 25번의 우주 유영에서 사용되도록 팔꿈치의 굴곡 및 확장과 같은 각 동작에 대해 10만 사이클 이상을 견디게 만들어진다.

이 요구 사항은 장기간 사용 시 발생하는 응력으로 재료와 솔기가 열화될 수 있기에 우주복 설계 시 가장 까다로운 요구사항 중 하나다. 이 옷은 우주비행사가 옷(내복)을 입은 상태에서 우주복 안에 들어갈 수 있게 설계되며 여러 장소에서 우주복 자체에 수백kg에 이르는 하중이 발생해도 견딜 수 있게 만들어진다.

우주복은 1인승 우주선이다

우주복은 비유하자면 1인승 우주선이다. 착용자와 일치하는 의인화된 분절형 인공 기압복인데 일반적으로 배낭처럼 보이는 휴대용 생명유지 시스템과 함께 구성된다. 우주복과 생명유지장치를 합쳐 선외이동장치(EMU)로 부른다.

우주복의 표면적의 대부분은 부드러운 제품, 섬유 층 및 유연한 막으로 만들어진다. 이들은 바느질되고 열로 결합돼 순수한 산소로 29.7킬로파스칼까지 압력이 가해지는 밀폐된 용기를 만든다.

이렇게 만들어진 우주복은 축구공이나 농구공과 비슷한 구성을 가진다. 우주복은 산소를 포함하는 기포층, 구조물을 제공하는 구속층, 환경으로부터 보호해주는 열과 미세 운석 층 등 3가지 주요 층으로 구성돼 있다. 이 조립품은 각각 특정 기능을 수행하고 독립적으로 작동하지만 우주인을 우주환경으로부터 보호하는 데 필요한 호흡 공기, 압력, 온도를 유지하기 위해 단일품으로 일괄적으로 기능해야 한다. 합쳐서 10분의 1인치(2.5mm) 미만인 두께 층이 우주 비행사를 우주로부터 보호해 준다.

기포층은 열로 접착된 비 투과성 폴리우레탄 코팅 나일론으로 구성돼 체내 습기가 우주복의 진공에 노출된 부분으로 증발돼 우주복내부가 차가와지는 것을 막아준다. 이 두 층은 우주비행사에게 최대한 많은 이동성을 제공할 매우 유연한 관절을 포함하도록 특별 설계된다.

재료는 가압 상태에서 계속 휘어지는 힘과 우주복 슈트층의 상대적 움직임으로 인한 마모를 견딜 수 있도록 제조된다. 구속층은 또한 압력과 다른 종류의 하중 스트레스를 견디고, 사람의 모양을 본뜬 우주복 외형을 유지하며, 기포층의 풍선 현상을 막는다. 평상복처럼 바느질 패턴으로 조립되며 폴리에스테르 원단으로 제조된다.

우주복 바깥쪽의 열 및 마이크로 운석 층은 우주 비행사를 작고 빠른 입자 충격과 태양 복사의 열 영향 등으로부터 보호한다.

우주복 외부는 흰색 고어텍스로, 내부는 탄도 등급 폴리머 립스톱(일정 간격으로 두 가닥으로 꼰 실을 대 찢어지지 않게 만드는 방식) 내화성 섬유로 3차원으로 짜여져 있다.

고어텍스는 미끄럽기 때문에 이동 시 슈트 부품 간의 마찰을 방지하고 이동성을 용이하게 한다. 흰색은 태양 에너지 흡수를 제한한다. 알루미늄 폴리머 단열층은 햇빛을 받을 때 태양의 에너지를 밖으로 반사하고, 그늘에 있을 때 우주비행사의 체온을 우주복에 반사시켜 쾌적한 열환경을 유지시켜 준다.

우주복에는 이 같은 부드러운 제품 외에도 여러 가지 금속 및 복합 부품이 있어 슈트의 이동성과 우주복 부품 부착에 도움을 준다. 볼베어링은 팔, 어깨, 손목, 허리에 있다. 금속 링은 헬멧을 부착하는 목, 장갑을 부착하는 손목, 그리고 우주 비행사가 옷을 입고 벗는 허리 부분에 들어간다.

우주복의 간략한 역사

우주유영에 사용하기 위해 특별히 개발된 최초의 미국 우주복은 1968년 아폴로 7호에서 처음 사용된 우주복이다. 제미니 프로젝트 때 우주유영이 이뤄졌지만 사용된 우주복은 줄로 우주선(캡슐)에 부착돼 이동성이 제한돼 있는 고고도 비행복에 불과했다.

이 우주복은 머큐리 프로그램 비행 중에 착용됐지만 캡슐내 감압으로부터 비행사를 보호하는 수준에 그쳤다. 아폴로 프로그램에 사용된 우주복은 여러 버전을 거쳤지만 가장 잘 알려진 것은 달 착륙과 스카이랩 우주정거장에 사용된 A7LB다. 이 우주복은 모든 임무 단계(발사, 선외활동, 착륙)에 착용됐으며 우주비행사 별로 맞춤 제작됐다. 이 우주복은 한번 이상 임무에 사용됐다. 상체 이동성이 우수하고 달 표면에서의 보행과 달 탐사선 주행이 용이하도록 설계됐다.

우주왕복선 비행사용 선외이동복(EMU)은 선외활동(EVA)을 위해 미세중력용으로 특별히 개발됐으며, 우주인 별로 맞춤 조립됐다. 최초의 EVA는 1983년 우주왕복선 챌린저호의 첫 비행에서 이뤄졌다.

이 우주복은 상체 이동성이 뛰어나 우주 비행사가 우주왕복선 베이에서 쉽게 이동할 수 있도록 설계됐다. 발이 고착된 상태에서도 작업을 수행할 수 있다. 이 우주복은 1990년대 ISS에서의 운영을 용이하게 하기 위해 업그레이드됐고 오늘날에도 사용되고 있다.

그러나 이렇게 연장해 사용하는 것은 NASA의 원래 계획이 아니었다. 우주정거장이 설계되면서 57.2킬로파스칼의 더높은 압력에서도 작동할 수 있는 새로운 우주복이 개발됐다. 이는 우주비행사가 선외활동을 하기 전 4시간 동안 산소를 미리 호흡할 필요가 없게 만들어 주었다. (사전 산소 호흡은 갑자기 낮아진 기압으로 작동하면서 신체조직 내에 거품을 일으키는 질소를 몸에서 제거한다.)

수백 시간의 EVA가 이뤄지는 가운데 4시간이나 사전 호흡을 해야 하는 것은 낭비다. MK3와 AX-5라고 불리는 이 시제품 우주복은 성능이 좋았지만 NASA는 수십 년의 경험과 검증된 성능 때문에 대신 우주왕복 슈트를 개조하기로 결정했다.

2000년경 NASA는 인간을 다시 달로, 화성으로 보낼 새로운 프로그램을 준비하면서 이동성을 개선하고 무중력 환경에서 쉽게 걷고 달탐사로봇과도 인터페이스 할 수 있도록 설계된 'I-슈트'라는 고급 우주복 모델을 개발되기 시작했다. 두 가지 버전에는 우주선에서 또는 우주선의 외부에 슈트를 부착하는 슈트 포트를 통해 빠르게 입거나 벗을 수 있는 후면 진입 해치가 있다.

NASA가 개발 중인 다른 제품으로는 Z-수트와 컨스털레이션 스페이스 수트가 있다. 두 제품 모두 준비 시간을 단축하고 유연성을 높이며 확장 행성 임무에 사용될 수 있도록 설계됐다.

그렇다면 아르테미스 달 탐사는 가능?…NASA 국장 “가능하다”

이런 역사를 거쳐 우주복을 만들고 진화시켜 온 NASA가 우주복이 없어 또다시 달로 인간을 보내는 탐사 여정을 중단할 상황에 처했다는 것은 아이러니다.

심지어 NASA 내부에서도 2024년 달 복귀 목표에 대해 회의적인 지적이 나오고 있지만 이를 고수하고 있다고 한다. 원래 아르테미스 프로그램에서는 달 복귀를 2028년으로 잡았지만 트럼프 행정부 때 이를 4년 앞당겼다.

그러나 지난주 빌 넬슨 미항공우주국(NASA) 국장은 2024년에 첫 번째 여성과 (아폴로 이후)다음 남자를 달에 착륙시킬 자신이 있다고 밝혔다.

그는 지난 26일 콜로라도 스프링스에서 열린 36회 연례 우주심포지엄에서 “일련의 기술 및 예산상의 차질에도 불구하고 2024년 첫 번째 여성과 다음 남자를 달 표면에 올리는 것은 여전히 목표”라고 밝혔다. 그는 “우리는 할 수 있는 사람이기 때문에 힘든 일을 할 수 있다”고 말하며 달 착륙 목표에 대한 기관들의 약속을 재확인했다.

넬슨 NASA 국장은 우주복이 제때 나오기 힘든 이유로 “최초로 상업용 파트너에 의해 제작되는 우주복은 기술적으로 매우 어려웠다. 그리고 코로나19 팬데믹(세계적 대유행)은 자재 공급망에서 전례 없는 혼란을 야기했다”고 설명했다.