◎화학연료 사용보다 무게 1천분의 1로 줄어/궤도수정 등 자유자재로… 소행성탐사 유리

한때 전 인류를 장미빛 꿈에 젖게 했던 우주과학,그 미래는 어떻게 될까.

40년전 개막된 우주시대는 인류를 무한한 우주로 뻗어나가게 할 것으로 믿게 했었다.그러나 지금의 인류는 우주과학보다는 정보과학시대에 살고 있다.삶의 질을 높이는 것은 로켓이나 우주왕복선이 아니라 마이크로칩과 소프트웨어이기 때문이다.

우주과학이 옳은 대접을 못받는 가장 큰 이유는 성과에 비해 너무도 많은 예산이 소요된다는 점이다.그러나 우주과학자들은 이제 새로운 꿈을 꾸고 있다.태양에너지를 적극 이용하면 아주 적은 예산으로 우주계획을 펼칠 수 있다는 생각에서다.이렇게 되면 정부의 눈치를 보지 않으면서도 마음놓고 우주를 항해할 수 있게 된다는 것이다.

이 꿈을 실현시킬 수 있는 기술로 가장 관심을 모으는 것이 태양­전기추진장치 기술이다.이 장치가 가장 유망한 기술력의 응집으로 평가받고 있는 이유는 물리법칙이 허용하는 한도내에서 속도와 효율면에서 가장 뛰어난 성능을 보이기 때문이다.지난 80년대에 우주왕복선 개발에 참여했던 과학자들도 태양­전기추진장치를 가장 싸면서 여러 방면에 이용될 수 있는 장비로 생각하고 있다.

태양열로 우주선을 띄우는 데는 많은 시간이 소요되지만 특별히 다른 연료를 필요치 않는다는 점에서 경제적으로 유리하다.그러나 여기에는 아직까지 두가지 물리적 제약이 따른다.첫째는 이온―제트엔진의 추진력 대 무게의 비율이고 두번째는 태양열을 수집하는 표면의 에너지 대 무게의 비율이다.

첫번째 요소는 특히 짧은 우주여행기간동안 우주선의 가속도를 제한한다.예를 들어 우주선이 1㎝/sec2의 가속도로 움직인다면 한달후에야 초속 26㎞의 속도를 얻을 수 있다.즉 비교적 짧은 거리를 움직일 때는 필요한 속도를 얻기가 힘들다는 것이다.

두번째요소인 에너지 대 무게 비율.장기여행의 가장 중요한 요소인 우주선의 최대속도를 제한한다.집열판의 표면이 얇을 수록 상대적으로 단위면적당 더 큰 에너지를 얻을 수 있다.물리법칙이 허용하는 최소한계는 1㎡당 1g이다.

다음세기에는 이런 장치를 이용한 무인우주선이 우주계획의 주가 될 것으로 보인다.지금까지 t단위로 계산되던 우주선의 무게가 ㎏단위로 줄어든다는 것이 우주과학자들의 전망이다.

이런 소형화 과정을 이끄는 주역이 바로 태양­전기추진장치다.미래의 우주선은 바로 이 장치를 이용하는 직경 10∼20m의 집열판을 갖추고 있는 소형우주선이 된다는 것이다.

이런 소형 우주선은 주로 과학탐사와 상업용·군사용으로 쓰이게 될 것으로 보인다.그러나 분야에 관계없이 역시 가장 주된 목적은 정보수집이다.태양­전기추진장치를 쓰는 우주선은 화학연료를 쓰는 우주선이 갖지 못한 유연성을 지닐 것으로 보인다.이 장치를 쓰는 우주선은 태양계를 자유자재로 돌아다니며 그때그때 필요에 따라 자유자재로 궤도를 수정할 수도 있다.

그렇다면 1백년후의 우주선은 어디에 주로 있을까.이 질문은 1905년에 라이트형제에게 현재의 비행기 형태를 상상해보라고 묻는 것과 같은 경우가 되겠지만 정답은 이미 나와 있다.

가장 중요하면서도 흔히 간과되는 사실은 태양계는 행성들뿐만 아니라 그 사이의 공간이 더 크다는 점이다.즉 태양계의 무게는 대부분 행성들이 차지하지만 표면적은 행성들 사이에 있는 위성·소행성·혜성들이 더 많이 차지하고 있다.목성의 위성처럼 덩치가 큰 것들을 제외하고는 아직까지 이들 소행성에 대해서는 거의 알려지지 않고 있다.

바로 이들 사이를 초소형 우주선이 누비고 다니게 될 것이다.즉 1백년후에는 태양계의 구석구석에 초미니우주선들이 자리를 잡는다는 게 우주과학자들의 소망이자 전망이다.

이 계획의 성공가능성을 높일 수 있는 또하나의 요인은 이들 소행성의 중력이 그리 크지 않다는 점이다.즉 소형우주선의 움직임을 방해하지 않을 정도라는 것이다.

최소한 21세기의 우주선이 착륙할 자리는 19세기 증기선이 기착하던 항구와는 전혀 다른 모습을 하고 있을 것임에는 틀림이 없다.〈고현석 기자〉