최근 미국과 유럽의 공동 행성탐사선 카시니호가 토성 궤도 진입에 성공한 데 이어 탐사정 호이겐스가 토성의 가장 큰 위성인 타이탄의 각종 영상자료를 지구로 보내오면서 인류의 우주개발 역사에 한 획을 그었다. 특히 1969년 아폴로 11호의 달 착륙 이후 35년간 제자리걸음을 반복하던 유인 행성탐사선 계획, 태양계 밖 우주 공간에 대한 궁금증 등이 인류의 관심을 우주로 이끌고 있다.

●태양계 밖 탐사는 ‘속도와의 전쟁’

인류가 태양계 밖을 탐사하기 위해서는 ‘속도와의 전쟁’이 불가피하다.

태양에서 가장 멀리 떨어져 있는 명왕성까지의 거리는 60억㎞이다. 태양계에서 가장 가까운 별(항성, 핵융합 반응을 통해 스스로 빛을 내는 천체)까지의 거리는 이보다 6700배 가량 먼 40조㎞이며,1초에 30만㎞를 달리는 빛조차도 4.3년이 걸린다. 그러나 현재 탐사선의 최대 속도는 빛의 1만분의1 수준인 초속 40㎞에 불과하다. 이는 서울∼부산(약 400㎞)을 10초에 주파할 수 있는 빠른 속도지만, 우주 공간에서는 ‘경부고속도로 위를 기어가는 굼벵이’에 비유될 수 있다.

현재 태양계를 벗어났을 것으로 추정되는 탐사선은 모두 4대다. 우선 목성 탐사를 목적으로 지난 1972년 발사된 파이어니어 10호는 1983년 명왕성 궤도를 통과, 처음으로 태양계를 벗어났지만 통신이 두절된 상태다. 같은 목적으로 발사된 파이어니어 11호(1973년)와 보이저 1·2호(1977년)도 임무를 마친 뒤 태양계 저편을 향해 항해를 지속하고 있다.

●태양계 벗어난 후 통신두절

특히 탐사선 가운데 가장 빠른 보이저 1호(초속 40㎞)는 지난 1998년 파이어니어 10호를 추월, 현재 지구로부터 150억∼200억㎞ 떨어진 곳까지 이르렀을 것으로 추정되고 있다. 그럼에도 불구하고 보이저 1호가 태양계에서 가장 가까운 별을 관측하기 위해서는 3만년 이상을 더 기다려야 한다는 계산이다. 한국항공우주연구원 김방엽 박사는 “지난 1967년 발효된 ‘우주조약’은 유해물질 사용을 금지해 화성 탐사선의 경우 태양에너지를 사용하지만, 그보다 멀리 가는 탐사선은 불가피하게 핵연료를 사용하고 있는 실정”이라면서 “탐사선의 속도를 획기적으로 높여야 태양계 밖 탐사가 가시화될 수 있을 것”이라고 말했다.

미 항공우주국(NASA)은 올해부터 120억달러(한화 13조원)를 투입해 달에 이어 화성에도 유인 탐사선을 보낸다는 계획이다. 이같은 유인 탐사의 성공 여부는 탐사선의 대형화에 달려 있다고 해도 과언이 아니다.

●화성유인탐사에 120억달러 투입

달 왕복은 1주일이면 충분하다. 그러나 현재 계획대로라면 초속 33.6㎞ 속도로 4억㎞ 이상을 비행해야 하는 화성은 가는 데만 8개월 가량이 걸린다. 이 때문에 연료를 비롯, 왕복 1년6개월 동안 우주비행사들이 소비할 물과 식료품 등을 포함하면 탐사선에 실어야 할 하물 중량만 470여t에 이를 것으로 추산된다.

그러나 현재 가장 무거운 하물을 운반할 수 있는 ‘새턴V’ 로켓의 용량은 104t이다. 따라서 탐사선을 국제우주정거장(ISS)에서 조립하는 방안이 가장 유력하게 거론되고 있다.

또 우주비행사 한 명이 배출하는 이산화탄소의 양은 하루 평균 1㎏ 정도. 이산화탄소가 공기 중에서 차지하는 비중이 5%를 넘으면 두통을,10% 이상이면 호흡곤란과 현기증을 유발한다.25%를 웃돌면 혼수상태에 빠지게 된다.

●달 왕복 1주일… 화성 가는데만 8개월

기존의 우주 왕복선은 이산화탄소와 결합력이 강한 수산화리튬을 사용해 이산화탄소를 제거했지만, 하물 중량을 최소화해야 하는 화성 유인 탐사선의 경우 식물 활용이 불가피할 전망이다.

김 박사는 “NASA는 화성 유인 탐사가 오는 2050년쯤 가능할 것으로 전망하고 있다.”면서 “그러나 화성보다 멀리 떨어진 목성 유인 탐사의 경우 왕복 30년이 걸리는 만큼 2세대 이상이 함께 탐사에 나서야 실현될 수 있을 것”이라고 말했다.

장세훈기자 shjang@seoul.co.kr

그래픽 이완형기자 whl@seoul.co.kr