유럽의 첨단 우주 관측 연구: 지속 가능한 우주 탐사와 과학적 혁신

유럽의 우주 관측 정책은 유럽연합(EU)과 유럽우주국(ESA)을 중심으로 수립되고 실행된다. 이 두 기관은 긴밀히 협력하여 유럽의 우주 활동을 주도하고 있는데,  EU는 2016년 ‘유럽을 위한 우주 전략’을 발표하며 우주 정책의 기본 방향을 제시한 바 있다. 이들은 사회와 EU 경제를 위한 우주 이익 극대화, 혁신적이고 글로벌 경쟁력을 가진 유럽 우주 분야 육성, 유럽의 자율성 강화 및 우주에 대한 안전한 접근과 사용 보장이라는 EU의 정책 방향에 맞추어 구체적인 우주 프로그램들을 개발하고 실행하는 역할을 담당하고 있다.

유럽우주국(European Space Agency, ESA)은 유럽의 우주 관측 연구를 주도하는 핵심 기관으로 22개 회원국의 협력을 바탕으로 다양한 우주 미션을 계획하고 실행하고 있다. 유럽우주국은 1975년 설립 이후 우주 과학, 지구 관측, 통신 및 항법, 유인 우주비행 및 로보틱 탐사, 발사체 개발 등 다양한 분야에서 유럽의 우주 과학 및 기술 발전을 이끌어왔다.

구체적으로 유럽우주국은 ‘Cosmic Vision 2015-2025’ 프로그램을 통해 우주 과학 미션의 장기 계획을 수립하여 체계적인 연구를 진행해 오고 있다. 이 프로그램은 우주의 조건, 태양계의 작동 원리, 우주의 근본 물리 법칙, 생명과 행성의 기원 등 네 가지 주요 질문에 초점을 맞추고 있는데, 이를 위해 유럽우주국은 대형, 중형, 소형 미션들을 균형 있게 계획하고 실행하고 있다.

외계 행성 탐사 및 태양계 탐사 분야의 혁신

외계행성 탐사 분야에서 유럽우주국은 CHEOPS, PLATO, ARIEL 미션 등을 진행하고 있다. CHEOPS(CHaracterising ExOPlanet Satellite)는 2019년 12월에 발사되어 이미 알려진 외계행성의 특성을 정밀하게 연구했다. PLATO(PLAnetary Transits and Oscillations of stars)는 2026년 발사 예정으로, 지구와 유사한 외계행성을 대규모로 탐색할 계획이다. ARIEL(Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey)은 2029년 발사를 목표로 개발 중이며 약 1,000개 이상의 외계행성 대기를 관측하여 그 구성을 분석할 예정이다.

태양계 탐사도 확대하고 있다. BepiColombo 미션은 현재 수성으로 향하고 있으며 2025년 도착 예정이다. JUICE(JUpiter ICy moons Explorer) 미션은 2023년 4월에 발사되어 목성과 그 위성들을 탐사하기 위해 이동하고 있으며, 2031년 목성계에 도착할 예정이다. ExoMars 프로그램은 화성의 지질학적 특성과 생명체 존재 가능성을 연구하는 것을 목표로 한다.

다중 파장대 관측 기술의 발전

유럽우주국은 다중 파장대 관측 기술도 발전시키고 있다. X선 관측을 위한 XMM-Newton은 1999년 발사 이후 20년 이상 운용되며 중성자별, 블랙홀, 은하단 등 고에너지 천체 현상을 관측해왔다. 적외선 관측을 위한 Herschel Space Observatory는 2009년부터 2013년까지 운용되었으며, 은하의 형성과 진화, 항성과 행성계의 탄생 과정 등을 연구하는 데 큰 기여를 했다. 감마선 관측을 위한 INTEGRAL(INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory)은 2002년 발사 이후 현재까지 운용 중이며 우주에서 가장 격렬한 현상들을 관측하고 있다.

한편, 유럽우주국은 중력파 관측 기술 개발에도 힘쓰고 있다. 2034년 발사를 목표로 준비되고 있는 LISA(Laser Interferometer Space Antenna) 프로젝트를 통해 우주 기반 중력파 관측소를 개발 중이다. LISA는 서로 250만 km 떨어진 세 개의 탐사선으로 구성되며 이들은 서로 레이저 간섭계를 형성하여 매우 정밀한 수준의 중력파를 검출할 것으로 기대된다.

더 고무적인 점은 연구 부문뿐만 아니라 우주 망원경 기술 혁신도 함께 이루어지고 있다는 점이다. ATHENA(Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics)는 2030년대 초반 발사를 목표로 개발 중인 X선 우주 망원경으로, 현존하는 X선 망원경보다 100배 이상 큰 유효 면적을 가질 예정이다.

다양한 분야의 천문학 및 우주 연구

유럽은 이외에도 다양한 천문 및 우주 프로젝트들을 통해 글로벌 우주 연구의 선두주자로 자리매김하고 있다.

유럽우주국은 현재 우주 기상 연구를 크게 확대하고 있는데, 2020년 2월에 발사된 Solar Orbiter를 통하여 태양의 극지방을 포함한 전체적인 모습을 관측하고 있으며, 태양풍의 발생 메커니즘, 태양의 자기장 생성과 변화, 코로나 질량 방출(CME) 현상 등을 연구하고 있다. SWARM 미션은 2013년에 발사된 세 개의 위성으로 구성되며 지구 자기장을 정밀하게 측정하고 있다.

우주 안보는 점점 더 중요한 정책 영역이 되고 있다. 유럽연합과 유럽우주국은 현재 우주 쓰레기 문제 해결을 위해 고성능 레이더와 광학 망원경을 이용한 우주 쓰레기 모니터링 시스템을 개발하고 있다. 또한, 우주 쓰레기 대응 ClearSpace-1 미션 등을 통해 우주 쓰레기 제거 기술 역시 개발하고 있다. 이를 기반으로 우주 쓰레기 발생을 줄이기 위한 가이드라인을 제정하고 있다. 위성 간 충돌을 방지하고 안전한 우주 활동을 보장하기 위해 우주 교통 관리 시스템 개발을 추진하고 있고, 우주 자산에 대한 사이버 공격 위협에 대응하기 위해 보안 정책을 강화하고 있다. 그중에서도 특히 Galileo 시스템의 보안 등에 많은 투자를 하고 있다.

유럽우주국은 인공지능, 빅데이터, 우주 양자 통신 기술의 개발과 활용도 확대하고 있다. 구체적으로 Gaia 미션에서는 약 20억 개의 항성에 대한 위치, 거리, 운동, 밝기 등의 데이터를 수집하고 있는데, 이처럼 매우 방대한 양의 결과를 처리하고 분석하는 데 AI 기술을 활용하고 있다. 또한, SAGA(Security And cryptoGrAphic mission) 프로젝트를 통해 우주에서의 양자 암호 통신 기술을 개발하고 있다. 반면 유럽은 ExoMars 프로그램을 통해 화성의 생명체 존재 가능성을 탐사하고 있으며 국제우주정거장에서 다양한 생물학 실험을 수행하는 등 우주 생물학 연구도 확대하고 있다.

유럽은 환경 모니터링과 시민 안전을 위한 정보를 제공하는 Copernicus 지구 관측 프로그램, 유럽의 독자적인 위성항법시스템(GNSS)인 Galileo, 기존 GNSS 시스템의 정확도와 신뢰성을 향상시키는 보강 시스템 EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service), 우주 환경 모니터링, 근지구 물체 추적, 우주 기상 예측 등을 통해 우주 자산과 지상 인프라를 보호하고자 시작된 SSA (Space Situational Awareness) 프로그램 등도 함께 운영하고 있다.

마지막으로 유럽연합과 유럽우주국은 우주 활동의 지속 가능성을 확보하기 위해 Ariane 6, Vega-C 등 새로운 발사체 개발 시 환경 영향을 최소화하는 기술을 적용하고 있다. 달과 소행성의 자원을 활용하는 기술 개발을 통해 지속 가능한 우주 탐사를 준비하고 있으며 우주 태양광 발전 연구 우주에서 태양 에너지를 수집하여 지구로 전송하는 기술 개발을 장기적인 과제로 추진하고 있다.

민간 부분 및 국제 부분 협력 확대

유럽우주국은 국제 협력도 강화하고 있다. NASA와 함께 제임스 웹 우주 망원경 개발에 참여했으며 허블 우주 망원경의 운영과 유지 보수에도 참여하고 있다. 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)와도 매우 활발한 협력을 진행 중인데, 대표적으로 BepiColombo 미션을 공동으로 수행하고 있다. 이처럼 미국, 일본, 캐나다 등 주요 우주 강국과의 협력을 강화하는 동시에 대한민국, 인도 등과 같은 신흥 우주 국가들과의 협력도 확대하고 있다.

반면 유럽연합 역시 우주 산업의 경쟁력 강화를 위해서 신생 기업 지원 ESA Business Incubation Centres를 통한 우주 기술 기반 스타트업 지원을 늘리고 있다. 이와 함께 상업화 촉진 정부 주도 프로젝트에 민간 기업의 참여를 확대하고 우주 데이터의 상업적 활용을 장려하고 있다.

유럽은 우주 분야 인재 양성과 대중의 관심 제고를 위해 학교에서의 우주 관련 교육 프로그램을 지원하고 교사 훈련 프로그램 역시 제공한다. 대중 참여 프로그램 시민 과학(Citizen Science) 프로젝트를 통해 일반 대중이 우주 연구에 참여할 수 있는 기회를 제공하며, 우주비행사 프로그램 등 새로운 우주비행사 선발을 통해 우주에 대한 대중의 관심을 높이고 있다.