인류는 오래 전부터 우주를 신비와 동경의 대상으로 바라보았다. 20세기 여러 강국들은 ‘21세기에는 우주를 먼저 차지한 나라가 세계를 제패할 것’이란 과업에 설득당하며 우주과학의 대중화를 선도하려 노력하기도 했다. 이를 위해 인류는 오랜 연구 끝에 우주선을 개발했으며 1961년 4월 12일. 인류 최초의 우주 비행사 유리 가가린을 태운 보스트크 1호가 우주탐사의 첫 신호탄을 쏘아 올리며 우주탐사에 대한 인류의 갈망과 염원을 충족시킨 바 있다. 오늘날에도 우주 탐사는 인류 최대의 갈망이자 신비로움의 대상이 되고 있으며, 가장 멀고 또 신비로운 곳인 우주의 정체를 확인하겠다는 목표 아래 여러 가지 우주 탐사 계획이 계속해서 진행되고 있다. 우주탐사는 무엇인지, 또 우주탐사와 관련한 흥미로운 이야기들을 살펴보도록 하자.
우주탐사란 무엇일까?
우주탐사란 우주 공간을 탐사하는 일을 말한다. 인류가 진행하고 있는 실제적 우주 탐사는 유인 우주 비행과 무인 우주선을 기반으로 수행하고 있다. 반면, 우주에 있는 천체를 관찰하는 것은 ‘천문학’이기에 우주탐사와는 다른 의미를 가진다. 20세기에 개발된 거대한 액체연료인 ‘로켓 엔진’이 실제적 우주 탐사를 가능하게 했다.
최초의 우주탐사
우주 탐사는 20세기 열강들 사이 ‘우주 경쟁전’ 성격을 띠기도 했다. 그도 그럴 것이 ‘21세기에는 우주를 먼저 차지한 나라가 세계를 제패할 것’이란 우주과학 기반의 과업이 당시 묘한 설득력을 얻고 있었기 때문이다. 이에 따라 초기 우주 탐사는 미국과 소련 간 우주 탐사 경쟁에 의해 추진된다. 지구 궤도에 쏘아 올려진 최초의 인공위성인 스푸트니크 1호는 1957년 10월 4일 소련이 발사했다. 1969년 7월 20일 미국 아폴로 11호가 최초로 유인 달 착륙에 성공한 것은 우주 탐사 초기 경계로 간주되고 있다.
행성 탐사
달 탐사와 더불어 미국은 행성 탐사를 진행한 바 있다. 우리가 알고 있는 가장 일반적인 행성으로는 태양계에 속하는 금성, 수성, 지구, 화성, 천왕성 등을 말하는데, 태양계 밖에도 미지의 행성이 다수 존재한다. 이처럼 ‘행성 탐사’란 이러한 미지의 우주공간 행성들을 탐사하는 것을 말한다. 미국은 행성탐사를 위해 매리너, 파이어니어, 바이킹, 보이저 등 우주선을 수성, 금성, 화성, 목성, 토성 등에 쏘아 올린다. 매리너 1호, 2호는 수성, 금성의 궤도를, 매리너 3호, 4호는 화성의 궤도 근접 통과를 목표로 발사되었고 1호와 3호는 발사에 실패했으나 2호는 최초로 지구가 아닌 금성, 수성 중력을 이용해 궤도를 변경하는 스윙 바이어에 성공하게 된다. 매리너 5호는 금성 대기가 대부분이 이산화탄소로 구성되어 있다는 새로운 사실을 확인하는 성과를 거둔다. 또 매리너 9호는 최초로 화성 궤도를 돌며 표면 사진 촬영에 성공한다. 이 같은 미국의 매리너 계획은 수성 표면 온도를 확인한 성과를 거둔 10호를 끝으로 ‘보이저 계획’이라는 새로운 미션으로 다시 연결되었다.
소련의 금성 탐사
미국이 화성 탐사에 힘을 쏟던 것과 달리 소련은 금성 탐사에 집중하게 된다. 소련의 ‘베네라 계획’은 소비에트 연방이 1961년부터 1984년까지 금성의 자료를 얻고자 보낸 탐사선으로, 베네라라는 이름은 금성의 러시아어 이름에서 나왔다. 베네라 계획에서 10개의 탐사선은 금성 표면 자료를 보내왔으며, 두 개의 베가 탐사선, 베가-헬리 탐사선도 금성에 대한 정보를 보내왔다. 또한 13개의 성공한 베네라 탐사선들은 금성 대기에 관한 정보를 보내온다. 베네라 계획은 전체적으로 금성에 대한 정보, 금성이 있는 외계 행성 대기권 진입 등의 혁혁한 성과를 거둔 것이기에 전체적으로는 성공한 것으로 평가된다. 다만 불행하게도 금성 표면 상태는 탐사선이 장기간 임무를 수행하기에 극악의 상황이었기에 착륙선은 23분에서 2시간 정도만 생존할 수 있었다고 한다.
우주 탐사의 위험성
우주는 특수한 공간이며 인류라는 생물체가 맨 몸으로 내딛기에는 극단적이고 또 치명적인 공간이다. 사소한 사고가 나도 매우 치명적인 결과로 이어질 수 있기에 우주 탐사는 천문학적인 비용은 물론 매우 많은 위험을 감수해야 한다. 이는 그동안 일어난 사고만 보더라도 알 수 있다. 2006년 9월, ISS(International Space Station, 국제우주정거장)에서는 유독가스 누출 사고가 있었으며, 1997년 6월에는 러시아 우주정거장과 도킹을 시도한 무인 화물선이 충돌하여 기내 기압이 떨어져 밀폐되기도 했다. 영화 ‘그래비티’에서 비춰진 위험천만한 위기의 모습과 다를 바 없이, 또는 그 이상의 위험을 감수해야 하는 우주탐사임에도 인류는 안전하게 우주탐사를 성공시키기 위한 노력들을 세계 곳곳에서 이어가고 있다.
우주 탐사 옹호론
우주 탐사에 대한 인류의 염원과 갈망은 우주 탐사 옹호론에 대한 입장을 만들고 있다. 우주 탐사 옹호론이란 우주에 대한 개발, 우주로의 이민, 우주 탐사와 이에 필요한 여러 가지 활동들을 지지하는 입장이다. 다양한 사람들이 우주 탐사를 긍정적으로 보고 있다. 또 이들은 우주를 주제로 하는 여러 가지 대중교육을 선도하고 있다. 또한 민간 우주 항공 산업을 포함하여 우주 탐사를 위한 자금 확보를 위해 정부에 로비도 하는 것으로 알려진다. 우주 탐사 옹호 단체로는 과학 연구, 대중 교육을 하는 시민 단체인 SETI Institute, 우주 탐사에 대한 대중 교육을 하는 시민 단체인 Planetary Society 등이 있다.
가장 안전한 명품 우주선,
‘소유즈 우주선’
현재 우주 탐사를 위한 가장 안전한 우주선으로 불리는 소유즈 우주선은 1960년대 말에 개발되어 현재까지도 사용되고 있는 소련의 유인 우주선이다. 개발된 지 몇 십 년이 넘었지만 현존하는 최고의 우주선으로 평가되고 있다. 2017년 7월까지 138회 발사되었으며, ISS 보급을 위해 1년에 3~4번 발사되고 있다. 개발 초기 소유즈 우주선의 실패는 잦았지만 기술 발전으로 시스템 최적화가 완료된 이후인 1983년 이후로 발사 성공률 100%를 유지해 왔다고 한다. 2018년 10월 11일 발사에 실패한 바 있으나 우주비행사들은 모두 생존했다.
우주선 발사 이후
우주비행사들의 생활은?
KISTI 과학 향기 칼럼에 따르면, 우주선이 발사된 이후 ISS 도킹을 성공하면 우주 비행사는 모두 ISS 거주 모듈로 이동한다. ISS에서 생활을 한 후, 우주인들은 지구 귀환을 위해 우주선으로 옮겨 탄다. 우주선 반동 제어 시스템이 점화되면서 우주선은 자연스럽게 우주 정거장에서 떨어지게 된다. 우주 비행사는 귀환 캡슐에 있는 특수 의자에 앉아 귀환을 기다린다. 지구 착륙 전 귀환용 캡슐이 분리되며 상층 대기권에 진입하게 된다. 점점 속도를 줄이면서 낙하산이 펼쳐지며, 우주 비행사는 지구에 착륙하며 임무를 완수하게 된다.
현재의 우주 과학 기술로는
탐사 불가능한 화성
20세기부터 인류는 여러 차례 화성 탐사를 시도했으나 인류가 달에 착륙한 지 40년이 지난 현재까지도 화성에 직접적으로 사람을 보내는 것은 어려운 일로 간주된다. 아폴로 11호가 발사되어 달을 탐사하고 돌아오는 기간은 8일 정도면 되었지만 화성을 탐사하고 오기 위해서는 최소한 2년이라는 기간이 필요하다고 한다. 우주 왕복선의 속도는 8km/초에 불과하지만, 지구 공전 속도는 29km/초나 된다. 이는 현재의 기술로는 행성 공전 속도보다 더욱 빠른 속도의 우주선을 만들기 어렵다는 말이 된다. 즉 인류가 화성을 직접적으로 탐사하기 위해서는 화성과 지구가 가까워지는 시기를 택하거나 행성의 공전 속도보다 더욱 빠른 우주선을 만들 수 있는 기술을 개발해야 한다는 것이다.
미래의 우주 탐사
미래의 우주 탐사는 무인로봇탐사만으로 진행될 전망이라고 한다. 무인로봇이 선호되는 가장 큰 이유는 우주인 양성 비용이다. 현재 우주인을 양성하는 데는 엄청난 투자와 자금이 필요하다. 한 명의 우주인을 양성하고 훈련시키는 데에만 250억 원 이상이 소요된다고 알려진다. 또한 동일한 우주 탐사를 실행한다고 가정할 때 유인 탐사는 무인 탐사에 비해 1,000배 이상의 비용이 소요되는 것으로 파악되고 있다.
현재 NASA는 인체와 비슷한 구조의 무인탐사로봇을 개발 중이다. 비용의 문제도 있지만 인류가 다른 행성의 대기 환경을 견뎌 내지 못하는 것도 우주인 생명권에 있어 큰 문제가 될 수 있다. 인류의 우주 과학 연구 기술 개발이 진행된다면 언젠간 화성을 여행할 수 있는 길이 열릴 것이지만 가까운 시일 내는 아닐 것이다. 하지만 우주를 향한 갈망, 소망은 언제든 지속될 것이기에 우주 탐사는 먼 미래 언젠가는 실현될 수 있을 것이다.
글 : 김태연 press@daily.co.kr
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