지구 밖 행성에 우주기지를 건설하거나 사람이 이주해 산다는 시나리오는 일찍부터 공상과학의 주제로 자주 등장했다.

오늘날 기술이 점차 발달하고 지구 환경이 급격히 악화되면서, 미래의 우주 식민은 공상과학을 넘어 실질적인 과제의 하나로 다가왔다.

현재로선 인간이 착륙한 경험이 있는 달에 먼저 유인 우주기지를 건설하고, 이어 화성에 식민 기지를 구축하게 될 것으로 전망된다.

미국항공우주국(NASA)과 러시아연방우주국(ROSCOSMOS), 중국국가항천국(CNSA) 등 정부기관과, 미국의 스페이스 X, 록히드 마틴, 보잉 등 민간회사들도 화성 식민화에 대한 장기 계획을 세워놓고 단계별 임무수행을 추진하거나 상호 협력하고 있는 것으로 알려져 있다.

전문가들은 화성이 태양계에서 인간이 이주해 영구 거주할 수 있는 가능성이 가장 높은 곳으로 보고 있다. 금성을 제외하고 태양계에서 지구와 가장 가까운 행성인데다, 지표의 조건과 물이 존재할 가능성이 높기 때문이다.

좁은 공간 속에서의 9개월 장기 여행

문제는 화성까지 가는 긴 우주여행을 승무원들이 어떻게 문제없이 견디도록 하느냐는 것이다. 현재의 화학적 우주로켓 능력으로는 화성까지 가는 데 아홉 달이 걸린다.

앞으로 특별한 자성 플라스마 로켓이나 원자 로켓이 나온다면 4~6개월로 단축될 것으로 예상된다. 그러나 현재 화성을 갈 경우 필요한 화물을 충분히 적재하고 나면 승무원들은 좁은 방에서 열 달 가까이 ‘감금생활’을 할 수밖에 없다.

미국 노스웨스턴대 연구팀은 지난 2월 미국 워싱턴D.C.에서 열린 미국과학진흥협회(AAAS) 연례 학술대회에서 화성탐사우주선 승무원 관련 연구에 대해 언론 브리핑을 가졌다.

이들 연구팀은 NASA가 승무원들 간의 갈등과 의사소통 단절을 예측하고 화성탐사 임무에 지장을 줄 수 있는 문제들을 피할 수 있도록 돕는 예측모델을 개발하고 있다.

NASA는 오는 2035년에 4억㎞ 이상(궤도여행 포함)의 장거리여행이 필요한 화성에 유인 탐사 우주선을 보낸다는 계획을 공식화한 바 있다.

‘팀 워크가 꿈을 이룬다’

이번 학술대회에서 발표를 맡은 미국 노스웨스턴대 노셔 컨트랙터(Noshir Contractor) 교수와 레슬리 드처치(Leslie DeChurch) 교수팀은 이 우주여행에 따르는 생리학적, 공학적, 사회적 장애물에 대해 세계 여러 과학자들이 연구한 과학적 통찰에 초점을 맞춰 일련의 새로운 과정을 계획하고 있다.

관련 과학자들은 유사 환경에서 실시된 다단계 연구에서 고립과 수면 부족, 특히 실제 우주여행에서 나타나는 통신 지연이 포함된 모의 미션에 대해 승무원들이 나타내는 행동을 연구해 왔다.

우주선 탑승 유사 환경은 현재 미국 휴스턴에 있는 존슨우주센터의 우주비행사 훈련 및 실험 시설인 '유사 인간 실험 연구실(Human Experimentation Research Analog, HERA)'과 러시아 생의학문제연구소(IBMP)의 시리우스(SIRIUS)  유사 실험실 등 두 곳에 마련돼 있다.

우주여행에 따르는 장애물 조사의 목표는 세 가지다. 우주선에 탑승했을 때 개인이 느끼는 고립과 제약이 전체 팀의 기능에 미치는 영향을 확인하고, 팀의 임무수행을 증진시킬 방법을 식별해 내는 것 그리고 팀원 간에 발생 가능한 여러 상황을 예측할 수 있는 모델 개발이다.

NASA는 이 예측 모델로 이상적인 팀을 구성하고, 임무 전과 임무 도중 팀에서 나타날 수 있는 문제점을 확인할 수 있다.

우주비행사에게도 화성 여행에 따르는 심리적 부담은 적지 않다. 우주선 공간이 작아서 침실이나 부엌, 욕실이 한곳에 모여 있고, 화성에 갔다 돌아오는 기간은 거의 3년이 걸릴 것으로 예상된다.

예측 모델 이용해 팀 구성

우주여행에서는 우주선과 지상관제센터와의 통신 지연도 중요한 문제다. 화성탐사선과 지상 임무 통제장치와의 통신 지연은 20분을 초과할 것으로 보인다.

통신 지연이 문제가 되는 것은 어떤 문제를 지상관제센터와 협의해 신속히 처리해야 할 때 지장을 초래하기 때문이다. 이런 점에서 화성 탐사 임무는 이전에 수행됐던 미션과는 전혀 다르다.

우주탐사에 따르는 이런 여러 장애요소들은 시뮬레이션 모델에 담겨 우주비행사들을 훈련하는데 활용된다. 시뮬레이션 모델의 바탕이 되는 것은 정확한 데이터. 노스웨스턴대 연구팀은 휴스턴 존슨우주센터의 '유사 인간 실험 연구실(HERA)'에서 자료를 수집해 왔다.

HERA의 캡슐 시뮬레이터는 45일 동안 우주비행사를 수용할 수 있다. 또 캡슐 밖의 모의 미션 조종장치는 음향 효과와 진동, 통신 지연 등을 통해 현실감을 증대시킨다.

캡슐 안에 있는 사람들은 수면 부족을 경험하면서 과업을 완수하려고 노력하며, 연구팀은 개인별 성과와 기분, 심리학적 적응 등에 대해 매순간 측정치를 모두 수집하게 된다.

드처치와 컨트랙터 교수팀은 처음 8명의 승무원이 시뮬레이터에서 나타낸 결과에 따라, 우주여행 중 승무원들이 창의적으로 생각하고 문제를 해결할 수 있는 능력이 줄어든 경험을 연구했다. 대상 승무원들은 주어진 시간에 20~60%의 과업만을 성공적으로 완수했다.

드처치 교수는 “창의적인 사고와 문제 해결 능력은 화성 임무에서 정말로 중요하다”며, “우리는 주어진 시간에 100% 올바른 해답을 맞힐 승무원이 필요하다”고 말했다.

지난 2월 15일 시작된 다음 단계 연구에 대해 컨트랙터 교수는 모델을 사용해 새로운 승무원이 경험할 우주선 장비 고장과 문제 예측 그리고 팀워크에서 “누가 누구와 무엇에 대해 언제 일할 것인지”에 대한 계획 변경이 포함된다고 설명했다.

연구팀은 또한 실험을  러시아 생의학문제연구소 시리우스 유사 실험실로 확대하고 있는 중이다. 이곳에서는 3월 15일부터 러시아인 네 명과 미국인 두 명이 달 착륙을 포함해 120일간의 가상 달 관련 임무를 수행할 예정이다.