[이태형의우주여행] 가깝고도 먼 화성 가는 길

방사선 피폭량 엄청나 위험한 여행 / 안전착륙도 기술적 어려움 극복해야

9월 말 미국 테슬러사 최고경영자 일론 머스크는 2024년쯤 화성에 식민지를 건설하겠다는 계획을 발표했다. 이보다 앞서 네덜란드의 마스원은 2020년쯤 화성에 정착촌을 만들겠다고 발표했고 여기에는 20만명이 넘는 희망자가 응모했다. 미국 버락 오바마 대통령은 한 기고문에서 “미국의 다음 목표는 화성 유인기지 건설이고, 2030년까지 유인탐사선을 보내겠다”고 밝혔다. 과연 10년, 혹은 20년 내에 인간이 화성에 갈 수 있을까.

화성까지의 여행 중 우주인은 엄청난 우주 방사선에 노출된다. 지구는 자기장이 막아줘 안전하지만 우주공간은 그렇지 못하다. 우주에서 인체에 위험이 되는 방사선은 태양(태양풍)과 태양계 밖(은하우주선)에서 오는 고에너지 입자이다. 방사선 피폭량은 시버트(Sv)라는 단위로 측정하는데 오랜 기간 1시버트(1Sv=1000mSv)의 방사선에 피폭되면 암 발생률이 5% 정도 증가하는 것으로 알려져 있다.

미국항공우주국(NASA)은 2012년에 화성 탐사로봇 큐리오시티 로버의 항해기간 동안 방사선 피폭량을 측정했다. 결과는 하루 평균 1.84mSv 정도였다. 1년이면 약 670mSv에 해당한다. 이것은 우주선의 보호막을 뚫고 내부까지 침투한 방사선량이다. 그중 태양에서 온 건 5% 정도고, 대부분은 태양계 밖에서 온 것이다. 이 정도의 피폭량은 5~6일에 한 번씩 CT촬영을 하는 것과 같다. 태양풍에 비해 태양계 밖에서 오는 입자는 에너지가 훨씬 높기에 일반적인 우주선의 보호막으로는 막을 수가 없다. 큐리오시티는 화성 표면에서의 방사선량도 측정했다. 하루 피폭량은 약 0.64mSv로 항해 때의 약 3분의 1이다. 500일 정도 화성에 머물면 0.32Sv의 양이다. 지구와 화성은 약 2년 2개월마다 가까워지는데, 이 때문에 우주인은 1년 이상을 화성에 머물러야 한다. 화성까지 6개월, 화성에서 500일, 지구 귀환에 6개월, 이 모든 기간에 약 1.0Sv의 방사선에 노출된다. NASA는 이 자료를 토대로 우주여행 중 방사선 노출 한계를 정하고, 피폭을 막는 방법을 연구 중이다.

문제는 화성에 안전하게 착륙하는 것이다. 화성 대기는 지구의 1%밖에 안 된다. 아폴로 우주선의 지구 귀환 때처럼 낙하산만으로는 우주선을 충분히 감속시킬 수 없다. 역추진로켓을 사용해야 하는데 걸림돌이 연료의 무게다. 2명이 탑승했던 달착륙선이 약 15톤이었는데, 그중 무려 10톤이 연료였다. 화성의 중력은 지구의 38%로 달보다 2배 이상 크다. 즉 달착륙선보다 강한 로켓과 더 많은 연료가 필요하다. 화성에서 우주선을 발사할 때도 마찬가지다. 장기간 화성 탐사에 필요한 수십 톤의 식량도 가지고 가야 한다.

현재 인류는 1톤 이상의 우주선을 화성에 안전하게 착륙시킨 경험이 없다. 지난 19일에도 600kg짜리 탐사선이 화성에 착륙하는 과정에서 표면과 충돌해 실패했다. 사람이 탄 수십 톤의 탐사선을 화성에 안착시키는 일은 결코 쉬운 일이 아니다. NASA는 화성 궤도에 100톤 이상의 우주정거장을 건설하고, 여기에서 비축한 연료와 물자를 먼저 내려 보내려 하고 있다. 2028년 화성 우주정거장을 완성하고, 그 10년 후쯤 인간을 화성에 착륙시킨다는 것이다. 현재로서는 가장 안전하고 확실한 방법이다.

이태형 한국우주환경과학연구소장