화성 이주의 꿈은 과연 실현될 수 있을까?

[과학기술 넘나들기][과학기술 바로알기] 민간인 우주 관광의 시대(4)

스페이스X가 달과 행성 탐사용으로 개발 중인 우주선 스타십이 그간 몇 차례의 실패를 딛고 최근 발사 후 착륙하는 시험에 성공하였다. 언론들은 일제히 “일론 머스크가 바라오던 화성 이주의 꿈이 가까워졌다.”라고 보도하기도 하였다.

올해 5월 5일에 발사와 착륙 시험에 성공한 스페이스X의 우주선 스타십 ⓒ Steve Jurvetson

광대한 스케일의 우주 문명을 다룬 SF 대작 ‘파운데이션’을 어릴 적부터 탐독하면서 우주를 동경해온 일론 머스크는, 인류가 화성에 이주하여 정착하는 꿈을 실현하기 위하여 우주개발 업체 스페이스X를 설립한 것으로 잘 알려져 있다. 그는 “새로운 우주선으로 사람들을 대거 보내서, 화성에 인구 100만 명의 도시를 건설하도록 하겠다.”라고 자주 말해 왔다.

예전에는 2020년대 초반 무렵이면 화성에 첫 이주민들을 보낼 수 있을 것이라 했으나, 최근에는 늦어도 2026년까지는 한 번에 100명을 태운 우주선을 화성으로 발사할 계획이라 밝힌 바 있다. 미항공우주국(NASA)이 공식적으로 추진하고 있는 유인 화성 탐사선 발사가 2030년대 초로 예상되는 것을 감안한다면, 일론 머스크의 발상은 너무 무리한 것이 아닌지 생각되기도 한다.

민간인의 단순한 우주 관광이 아니라 머나먼 화성까지의 우주여행 및 이주, 정착은 전혀 다른 문제일 터인데, 일론 머스크의 원대한 꿈은 과연 조만간 실현될 수 있을까?

인류의 화성 탐사 및 이주 관련 문제를 가장 현실감 있게 표현한 영화로는 2015년에 개봉한 리들리 스콧 감독의 ‘마션(The Martian)’을 꼽을 수 있다. 이 영화에서 많은 사람이 화성에 정착하여 거주하는 모습은 나오지 않지만, 화성에 건설된 기지 안에서 우주비행사들이 물과 산소를 공급받으면서 생활하는 장면 및 고립된 한 우주비행사가 식량 부족 문제를 해결하기 위하여 감자 농사를 짓는 장면이 나온다.

척박하기 그지없는 화성에 인류가 정착하여 생활하기 위해서는 일단 밀폐되도록 지어진 건물 내에서 충분한 물과 산소 및 생활물자를 받아야 할 것이고, 또한 식량 등을 자급자족해야할 터인데 이것이 몇 년 내로 어떻게 가능할 수 있을지 큰 의문이 아닐 수 없다. 화성의 환경을 지구처럼 개조하여 인간이 살 수 있도록 만든다는 이른바 ‘테라포밍(Terraforming)’이라는 발상도 나온 지 오래이지만, 이 역시 가능할지 미지수일 뿐 아니라 설령 화성의 지구화에 성공한다고 해도 아주 먼 훗날의 얘기일 뿐이다.

그런데 가장 먼저 당면한 큰 문제는 화성에 인류가 거주할 수 있는 환경을 갖출 수 있을지 여부가 아니라, 많은 사람을 태운 우주선을 화성까지 보내고 또는 화성에 무사히 착륙할 수 있느냐 하는 것이다.

스페이스X가 달 및 화성 여행용으로 개발하고 있는 스타십은 높이가 50m에 달하고 150톤을 탑재할 수 있는 거대 우주선으로서, 역시 거대한 발사체인 슈퍼헤비 로켓의 상부를 구성하며 재활용이 가능하다. 스타십 우주선은 작년인 2020년 12월부터 네 차례에 걸쳐서 발사 및 착륙 시험을 하였으나 모두 공중 또는 착륙 시에 폭발하는 실패를 겪었고, 올해 5월 5일에야 4전 5기 끝에 가까스로 시험에 성공한 바 있다.

2020년 12월 착륙에 실패하여 부서진 스타십을 지켜보는 일론 머스크 ⓒ Steve Jurvetson

그런데 편도로만 최소 6개월 이상 걸리는 화성까지 가서 다시 귀환하려면, 소모되는 연료의 양만 해도 엄청난 데다가 연료를 태우기 위한 산화제 즉 산소는 더 많은 양을 탑재해야만 한다. 현재로서는 화성 왕복 여행에 필요한 막대한 연료와 산소를 거대 우주선에 싣는 것조차 쉽지 않다.

사람을 많이 태운 유인 우주선이 화성 부근까지는 잘 갔다고 하더라도, 화성 표면에 무사히 착륙하는 일은 훨씬 더 어렵다. 인류는 화성 탐사가 시작된 1960년대부터 수십 차례에 걸쳐 화성에 탐사선을 보냈지만, 화성 착륙에 성공한 사례는 그다지 많지 않다. 그나마 2000년대 이후에는 성공률이 높아지고 있지만, 아직 미국과 러시아, 그리고 올해 5월 중순에 탐사선을 화성에 안착시킨 중국 등 세 나라만이 화성 착륙 성공을 경험하고 있다.

더군다나 화성에 유인 우주선은 말할 것도 없고, 부피와 무게가 많이 나가는 거대한 우주선이 착륙한 적도 없다. 지금까지 화성에 착륙한 우주선 또는 탐사로버 중에서 가장 큰 것이 올해 5월에 화성 착륙에 성공한 탐사로버 퍼시비어런스로서, 승용차 정도의 크기에 1톤이 약간 넘는 무게이다.

올해 2월에 화성에 착륙하여 활동 중인 탐사로버 퍼시비어런스 ⓒ Kevin Gill

지금까지 화성 탐사선 또는 탐사 로버가 화성에 착륙한 것은 낙하산과 역추진 로켓을 이용하는 경우가 많았다. 작지 않은 화성의 인력에 대응하면서 화성 대기에 의한 마찰열을 견디기 위해서는 이 방식이 적절하기 때문이다.

그러나 100명의 사람을 태운 무게 150톤의 우주선이 화성에 착륙하면서 낙하산을 이용하기는 무척 어려울 것이다. 또한 지구상의 발사/착륙 기지처럼, 착륙에 적합하도록 평평하고 잘 정비된 장소도 찾기 어려울 것이고, 착륙 과정을 도울 지상 요원도 없는 상황에서 거대한 우주선이 안전하게 착륙할 수 있는 방법은 과연 있을까?

최근 시험에 성공했다는 스타십 시제품 SN15는 실제 계획된 우주선의 절반 정도의 크기로서, 착륙 직후 아랫 부분이 작은 불길에 휩싸여 진화해야 했으므로 완벽한 성공이라고 평가하기도 어렵다.

얼마 전 일론 머스크는 화성 이주 여행 과정에서 우주선 탑승자 중 상당수가 사망할 수도 있다고 언급한 것으로 알려졌는데, 이러한 위험을 감수하면서 많은 사람이 화성 이주에 동참할지 미지수이다. 설령 그럼에도 불구하고 화성 이주 희망자가 많다고 하더라도, 사람들의 희생과 위험을 대거 무릅쓰고서 화성 이주를 감행해야 하는지 의문이 들 수밖에 없을 것이다.

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