미항공우주국(NASA· 나사)의 화성 유인탐사 우주 프로그램이 새삼 눈길을 끌고 있다. 2명의 우주비행사를 달에서 화성 지표면으로 보내 30일 간 과학탐사임무 수행하는 방법에 대한 윤곽과 일정을 처음으로 밝혔기 때문이다.
나사는 지난 17일 나사 고위급 화성 유인 탐사 관련 워크숍을 가졌고 여기서 화성 유인 탐사 초안을 처음 발표했다. 참석자는 팸 멜로이 나사 부국장, 커트 스퍼즈 보겔 박사(나사 우주건축 이사), 짐 프리 나사 화성탐사 시스템개발임무 이사였다.
이들은 달에서 화성까지 4명의 우주비행사를 보내는 방법, 그리고 화성 표면에서 2명의 우주비행사가 30일간의 과학탐사를 어떻게 무사히 완료하고 돌아올지에 대해 논의했다.
초안의 핵심은 우주비행사를 어떻게 화성으로 보내고 그곳에 도착한 비행사들이 어떻게 30일간 살 수 있는지에 대한 기본 계획이다. 이 나사 고위급 회의 화성 유인 탐사 초안은 교통,주거, 인프라 운영 및 과학과 연계된 범주에 속하는 50개 포인트를 제시하고 있다. 높은 수준의 이 목표들은 광범위한 아이디어를 전하고 있다. 즉, 화성 표면에서 사용하는 전력시스템 개발부터 우주기후를 더 잘 이해하고 이것이 심우주탐사에 미치는 영향까지 포괄한다.
나사의 기본 구상을 요약하면 화성 유인탐사 프로그램에 ▲화학방식 및 전기추진 방식을 동시에 사용하는 하이브리드 로켓 우주선 사용 ▲달탐사 아폴로 프로그램을 본뜬 화성궤도선과 화성 착륙선 사용 및 4명의 우주비행사 파견 ▲화성유인착륙선에 앞선 화물착륙선과 화성이륙선착륙 및 대기 ▲화성 착륙선을 거주지 삼아 한 달 간 화성 탐사 한 후 귀환 등이 포함된다.
나사는 우주 산업계와 학계, 그리고 일반에게 기본 구상을 공개하고 어떻게 달에서 갈 수 있는지에 대해 함께 머리를 짜내보자고 말하고 있다. 즉 일반인의 피드백까지 받고 있다는 얘기다.
유인화성 탐사 프로그램의 장벽들
나사는 2030년대 말 또는 2040년대 초까지 달과 화성에 우주비행사를 보낼 계획을 세우고 있다. 달 궤도에 루나 게이트웨이가 완성되고 달 궤도에서 운영을 시작하게 되면, 나사는 이른바 ‘통과 거주지(Transit Habitat)’를 만들어 화성으로 가는 긴 우주여행을 할 비행사들을 위한 피난처를 제공하고 싶어 한다.
이 비전을 현실로 만드는 것은 쉽지 않은 일이다. 하지만 인간 심우주 탐사의 역사에 있어 다음차례의 역사적 발걸음을 준비하기에 너무 이르다는 법은 없다.
어떤 해결 과제들이 있을까.
무엇보다도 화성 왕복 여행 시간과 임무 시간은 기본적으로 2년 가까이(500일) 정도가 걸릴 것이다. 그러나 이는 또한 화성 표면에서 500일이라는 긴 시간을 필요로 할 수도 있다. 이는 머지않은 미래에 지구의 유망한 우주비행사가 거의 1000년 동안 지구를 떠나야 한다는 의미다.
게다가 중력, 또는 그에 따른 결핍도 문제가 될 수 있다. 우주 비행사들은 중력이 제로(0)인 상태에서 수개월 간의 여행 끝에 화성에 도착하게 될 것이고 엄청난 회복의 시간을 맞이하게 될 것이다. 이어 지구 중력의 3분의 1에 불과한 화성의 중력에서 일하게 될 것이다.
아폴로 달 탐사프로그램처럼...‘화성 궤도선+25톤짜리 화성착륙선’
나사는 화성 임무는 네 명의 우주비행사 중 두 명이 화성 궤도에 남고, 다른 두 명의 우주비행사가 25톤짜리 착륙선으로 화성에 착륙하는 것이다.
이는 과거 세 명의 우주비행사를 달에 보내 한 명은 달 궤도를 돌게 하고 두 명은 달 표면에 착륙해 임무를 수행하게 한 아폴로 달 탐사 프로그램과 비슷하다. (이미 우주비행사가 30일 정도는 지구궤도 국제우주정거장에서 너끈히 견딘다는 것을 확인한 바 있다)
일단 화성 지표면에 도착해 30일 간 임무를 수행할 2명의 우주비행사는 어떻게 화성에서 머무르게 될까. 커트 스퍼즈 보겔 나사 우주 건축 이사는 나사의 미래 화성 미션의 윤곽에 대해 “2명의 화성 우주비행사가 주거지와 탐사 차량 역할을 하는 가압된 탐사로봇 내부에서 살면서 중요한 과학 목표를 추구할 수 있다”고 말했다.
물론 나사는 이들 우주비행사가 탐사에 앞서 화성 대기 중력에 적응할 시간이 필요하다고 말한다.
보겔은 나사 워크숍에서 “우리는 여기서 우주비행사가 화성에 도착해 (즉각 탐사에 나서면)건강을 망가뜨릴 것으로 본다”고 말했다. 그는 이어 “부분적인 중력에 적응할 충분한 시간이 필요할 것이다. (화성 표면의 중력은 지구상 중력의 약 3분의 1에 불과하다) 따라서 우리는 우주비행사가 우주복을 입기에 충분한 상태가 되기 전에 (착륙선 탐사로봇을 타고) 돌아다니길 원하며, 이후 탐사 시간을 최대 30일까지 늘리길 원한다”고 설명했다.
지구로부터 멀리 떨어진 전혀 다른 행성으로 가는 데 대한 엄청난 심리적 스트레스 외에도 오랜 동안 외계 세계에 머무르는데 따른 물류와 재정적 필요성은 너무나도 어려운 문제일 수 있다.
화성 유인 착륙선 도착 전 화물과 이륙우주선 미리 보낸다
우주비행사들이 화성표면에 도착하기 전 미리 로봇 미션에 의해 화성 표면에 전달된 25톤의 보급품을 실은 화물착륙선(cargo lander)와 화성 우주비행상 이륙우주선(crew adcend vehicle)이 이들을 기다리게 될 것이다.
이 보급품들은 이미 연료가 채워져 보내진다. 특히 이륙우주선은 화성임무를 마친 우주비행사들이 화성에서 이륙해 화성궤도(를 도는 동료 우주비행사들에게)로 돌아가게 해 즐 것이다. (영화 마션에서는 이 이륙선을 화성이륙선(MAV·Mars Ascent Vehicle)로 부른다.)
나사는 아직 이 임무 개념에 대한 정보나 공식 계약 프로세스나 표준 정보 요청서를 내놓지는 않았다. 결국 나사는 화성 유인탐사에 우선해 아르테미스 1 무인 달 우주선을 쏘아올려 우주비행사들의 달 임무에 대비하는 일에 초점을 맞추고 있다. (나사는 화성에 대비하기 위해 달 작업이 필수적이라고 말했다.)
나사의 향후 화성미션에 대한 계획 구체화 일정은
나사가 이처럼 유인 화성 탐사일정의 개념을 잡아 놓았지만 나사도 독자적으로만 이를 수행하려는 것은 아니다. 아직도 여전히 시간이 많이 남아 있다.
NASA의 블로그 포스트에서 팸 멜로이 부국장은 “우리가 인식한 목표물에 대해 받은 피드백은 향후 20년 동안 달과 화성에 대한 우리의 탐험 계획을 알려 줄 것이다”라고 말했다. 그녀는 “우리는 나사와 외부 이해당사자들이 이 목표를 미세 조정할 수 있도록 돕고 있으며, 우리의 프로세스를 통해 가능한 한 투명하게 수행할 수 있도록 돕고 있다”고 초안 공개 배경을 밝혔다.
팸 멜로이 부국장은 “우리는 이러한 접근 방식을 통해 미래 협력을 위한 산업체들과 국제 파트너들과 우리 목표가 일치하는 지역은 물론 우리 아키텍처와의 잠재적 격차를 찾고 싶다”고 말했다.
나사는 향후 20년 동안 이뤄질 계획을 구체화하기 위한 피드백을 받아 이를 사용하고 싶어한다. 나사는 화성에 사람을 보내기 위한 개념에 대해 산업계, 학계, 그리고 일반인의 의견을 공개적으로 받고 있는 이유다. 나사는 지난 17일 이 기관의 최고 목표인 2인의 우주비행사가 화성 표면에서 30일 간 임무를 수행하는데 있어서 최고 목표들을 발표했지만 이어 일반인들에게 어떻게 이 계획이 진행될 것인지에 대한 피드백을 제공해 달라고 요청하기도 했다. 이 피드백의 마감일은 당초 5월 31일에서 최근 6월3일로 연장됐다.
나사의 짐 프리 유인 화성 임무 기술개발 이사는 “우리는 목표에 대한 피드백을 검토한 후, 이 사례를 토론하고 우리의 프레임워크를 마무리하기 위해 파트너와 협력할 것”이라고 말했다.
화성에 대한 더 많은 이해당사자들의 의견 반영일도 다가오고 있다. 나사는 6월 중 나사가 개인적으로 초청한 “미국 우주 산업계와 학계 파트너들과 함께” 워크숍을 개최하겠다고 약속했다. 또한 7월에는 초청받은 국제조직들이 이 기본 계획안에 대한 평가를 하게 된다.
물론 의견개진을 하기 전에 나사의 목표(모두 50개)에 대한 자세한 내용을 살펴볼 필요가 있을 것이다.
>>https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/moon-to-mars-objectives-.pdf
한편 일론 머스크의 스페이스X는 인간이 2020년대가 가기 전에 화성에 가게 한다는 야심찬 비전을 가지고 있다. 이는 나사의 화성 유인탐사계획을 앞선다.
화성 거주지 시나리오는?
지금까지 나온 나사의 화성 거주지 구축 시나리오를 참고로 소개한다. 나사는 사람들에게 거주지를 위한 첨단 거주지 구축을 위한 3D프린팅 기술을 요구하고 있다.
또한 화성 거주지를 만들 고유의 건축 재료도 요청하고 있다. 이 구상에 따르면 거주지는 4명의 우주비행사가 거주할 집과 장비를 수용할 수 있어야 한다. 면적은 1000평방피트(93㎡)다. 이 거주지는 화성 탐사 우주비행사가 태양으로부터 오는 방사능을 막을 수 있어야 한다. 그리고 화성에서 사람이 번성해 나갈 수 있도록 해야 한다.
이를 위한 모듈 방식의 로봇은 우주비행사가 화성에 도착하기 수개월 전에 화성 표면으로 보내질 것이다. 이 로봇들은 인간 거주에 최적인 위치를 찾게 될 것이다. 그런 다음 화성지표면 땅을 파고 화성의 표토를 가공하게 될 것이다. 로봇은 수개월에 걸쳐 3D프린팅 방식으로 여러 겹으로 된 거주지 외부 부분을 프린팅하게 될 것이다. 우주비행사들이 화성에 도착하면 로봇들은 이들의 거주지 내부공간 설치작업을 돕게 될 것이다.
6개의 서로 연결된 공간들(pods)이 연속적으로 부풀어 오를 것이다. 이는 완전히 압력이 가해진 환경을 만들어 줄 것이다. 이 거주 공간들은 우주비행사들의 필요에 기반해 설정될 것이다. 이 공간은 각각 메인허브들과 개인 공간(cabins)들로 이뤄진다. 거주공간은 연구실과 수경재배 온실, 작업장, 저장고로 구성된다. 생명지원시스템은 커넥터 모듈로 연결되며 전력, 물, 산소를 제어하게 된다. 기지는 원격제어될 것이다. 전력은 2개의 원자로와 태양광발전소가 담당하게 된다. 시간 경과에 따라 우주비행사는 지구에서 멀리 떨어진 자신의 환경을 재설정하게 된다. 이같은 화성 거주지는 화성에서 사는 것을 덜 힘들게 만들어 줄 것이다.
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