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생활과학

달 기지는 어떻게 건설하려고 생각하고 있나?

스티브잡숴 2019.03.24 08:54

인류는 1969년에 발사 된 아폴로 11호에 의해 최초로 달 착륙에 성공하고, 그 후에도 몇 번의 달 착륙을 실현시켜왔다. 예산 등의 문제도 있고, 1972년에 발사 된 아폴로 17호를 마지막으로 인류는 달에 가지않고 있지만, 최근에는 트럼프 대통령이 달 기지 건설을 지시하는 등 달 기지 건설 계획이 현실성을 띠고 있으며, 연구진은 기지 건설을 위해 다양한 구상을 하고 있다.



독일 쾰른 근교에는, 유럽 우주국(ESA)이 건설 한 1000평방미터(302평)이상이나되는 "인공 달"이 존재하고 있다. 수백만 유로의 비용으로 건설된 이 시설의 프로젝트 매니저이며, 우주 비행사이기도 한 마시아스 마우어는 "달에 관한 기술을 테스트하기 위한 흥미로운 장소"라고 말하고 있다.


마우어 씨는 2019년 현재 49세이지만, "정년 퇴직을 맞이하기 전에, 나는 달을 걸을 수 있다는 희망을 버리지 않았습니다"라고 말하고있다. 사실 2017년에 트럼프 대통령이 "달 기지 건설"을 지시하는 등 세계적인 추세는 지금까지 "너무 많은 비용"으로 외면 되어 온 달 착륙과 달 기지 건설의 방향으로 진행되고 있는 것.




세계적으로 달 개발에 대한 관심이 높아지고 있다고는 해도, 향후 몇 년간은 달에 도달하는것은 로봇만이라고 볼 수있다. 중국은 달 착륙선을 쏘아 올렸고, 인도, 러시아는 2020년대 초반까지 우주 탐사 장비를 쏘아 올릴 계획이며, NASA와 ESA, 러시아와 일본의 우주 기관은 2020년대 중반까지 달 궤도에 우주 정거장을 발사 할 계획을 추진. 또한 트럼프 대통령은 NASA의 우주 개발에 향후 5년간 27억 달러의 자금을 지원 할 방침이다.



또한, 연구진은 달에 우주 개발에 필요한 자원을 채굴하는 방법에 대해서도 연구를 진행하고 있다. 연구자 중에는 "달의 얼음으로부터 귀중한 에너지 저장 매체 인 산소와 수소를 분리, 우주에서 주유소로 한다"라는 생각을 가진 사람도 많다고 한다. 콜로라도 광산 대학에서 항공 과학의 교수를 맡고있는 조지 스와즈 씨는 "물론 우주 공간에서 기름도 있고, 달 표면에는 경제적으로 사용할 수있는 양의 물이 있다는 증거도 발견되고 있습니다"라고 말하고 있다.


아폴로 계획에 의한 달 착륙이 이루어지고 있던 당시는, 착륙 한 사람들의 증언이나 채집 한 샘플에 의해 "달 표면은 건조한 불모의 땅"이라고 되어있었다. 그런데 최근에는 달의 표면에는 바위에 섞인 얼음이 존재한다는 증거가 발견되어 기존의 생각이 재검토되고 있다. 



스와즈 씨에 의하면, 4명이 거주하는 달 기지를 건설할 경우, 1년간 필요한 물의 양은 수천 톤에 달하는 것으로 알려졌다. 그러나 스와즈 씨는 "최근의 데이터로 추측하면, 달의 극지에는 100억 톤의 물이 존재하고 있는것으로 보인다"며 달에 우주 비행사가 필요한 물을 조달 할 수 있다고 한다.




스와즈 씨는 달에서 채굴되는 물의 대부분은 산소와 수소로 분리되어 연료로 사용될 것이라고 생각한다. 달의 중력은 지구보다 적기 때문에, 지구보다 달을 발사 지점으로 장거리 우주 비행을 하는 편이 훨씬 저렴한 비용으로 우주 비행이 가능하다고 한다.


달에서 물을 채취한다는 계획에 문제가되는 것이, 채취에 필요한 에너지의 확보이다. 얼음은 매우 추운 기후 인 달의 극지에 집중되어 존재한다고 되어있지만, 드릴링 기계로 땅을 파는데에는 열과 에너지가 필요하다. 



그래서 연구진은 태양의 빛을 분화구의 상부에 설치 한 거울에 반사시켜, 그 빛을 드릴링 기계에 조사하여 태양 에너지를 활용한다는 계획을 세우고 있다. 또한 채취한 물은 태양광 발전 전기를 이용하여 수소와 산소를 분리하여, 연료 전지의 에너지와 시추 기계의 추진제로 사용하는 것이 가능하다는 것.


얼음을 채취하는 것이 곤란한 경우에도, 달 표면에는 풍부한 자원이 존재하고 있다. 레골리스라고 하는 달의 퇴적층은 실리카와 금속 산화물이 포함되어 있다. 레골리스의 질량 중 무려 43%가 산소 인 것으로도 알려져 있으며, 달의 곳곳에 있는 레골리스로부터 산소를 꺼내 에너지로 사용할 수 있다. 부산물로 희귀 금속을 추출 할 수 있을지도 모른다.



한편으로 레골리스에서 산소를 얻기 위해서는, 얼음을 가열하는 것보다 많은 에너지를 필요로한다. 과학자들은 태양을 거대한 거울로 모아, 용광로의 표면을 가열, 레골리스를 900도 이상으로 가열하여 산소를 추출하는 방법을 생각하고 있다는 것. 2010년에 하와이에서 열린 실험을 통해 이 프로세스가 실행 가능하다고 증명되었고, 마우어는 "원리적인 문제는 증명되었으며, 몇 년 이내에 준비가 될 것"이라고 말하고 있다.




또한 달의 얼음이나 레골리스에서 에너지가 방출되지 않더라도 과학적인 실험을 위한 전진 기지가 건설 될 전망이 있다고 마우어 씨는 생각하고 있다. "경제적 인 문제로 시간을 걸릴지도 모르지만, 남극 기지 건설 등과 같이 순수한 학문적 관심에서 계획이 실행 될 것입니다"라고 마우어 씨는 말한다. 달에 기지를 건설하여 달의 연구가 비약적으로 발전하고, 달의 분화구를 조사함으로써 태양계의 형성 시스템이 밝혀지거나 달의 지질학적 조사를 실시 할 수있는 가능성이 있다.


달의 대기와 운석 등 우주 비행사의 몸을 지키기 위해, 달 표면에 쉼터가 되는 건축물이 필요하다. 달에 존재하는 천연의 구멍이나 절벽 등 지형을 이용하는 방안도 있는 반면, 독일 항공 우주 센터에서는, 레골리스로 벽돌을 만들어 건물을 지을 수 있는것은 아닐까 연구를 진행하고 있다. 



레골리스 분말을 증착시킨 시트에 1000도 이상의 열을 주어 굳혀, 3D 프린터처럼 시트를 퇴적시켜 석고와 같은 정도의 강도를 가진 벽돌을 만들어 낸다는 것.


마우어 씨는 달 기지 건설에 대해, 아마도 기술적 인 욕망이 아니라 정치나 경제적 인 힘에 의해 추진 될 것이라고 생각한다. "그 요소가 양립 한 경우, 인간이 달에 반영구적으로 생활하는 것도 불가능하지 않습니다"라고 마우어 씨는 말한다.




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