달 남극 정복하려는 주요국들의 단두대 매치, 목적과 현황은?

2023.10.23. 13:36:27

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1960년대 미국 아폴로 계획 이후로 뜸했던 달 탐사가 다시 시작됐다. 정확히는 달 남극을 향한 주요국들의 경쟁에 불이 붙었다. 최근에는 러시아가 인도가 ‘세계 최초 달 남극 착륙 성공’ 타이틀을 두고 우주에서 맞대결을 벌였다. 지난 8월 14일 인도는 탐사선 ‘찬드라얀 3호’를 발사했다. 러시아도 8월 16일 달 탐사선 ‘루나 25’를 실은 소유스 2.1b 로켓을 쏘았다. 그 외에도 중국과 일본, 이스라엘의 민간기업도 달 남극 착륙에 도전 중이다. 달 남극이 화두에 오른 이유와 주요국들의 달 남극 탐사 도전 일대기에 대해 알아보자.

그림 1. 미 항공우주국이 그려낸 달 남극에서 본 지구 가상도 . 출처: NASA

달 남극의 물 정복으로 자웅 겨루는 미국과 중국

20세기 초, 노르웨이의 탐험가 로알 아문센과 영국의 로버트 스콧 해군 대령은 지구의 남극점을 먼저 정복하기 위해 경쟁했다. 21세기에는 미국과 중국이 달 남극을 정복하기 위해 경쟁 중이다. 우선 중국과 미국의 달 착륙 역사와 현재 진행 중인 프로젝트부터 살펴보자.

중국은 2003년 달 탐사 프로젝트 ‘창어’를 개시했다. 전 국가적 지원과 한 달에 2번 이상 로켓을 발사하는 엄청난 노력 끝에 2020년, 창어 5호가 미국과 러시아에 이어 세계에서 세 번째로 달 표면의 토양 샘플을 지구까지 회수하는 데 성공했다. 중국국가우주국(CNSA)은 2024년부터 창어 6호를 쏘아올린 뒤, 창어 7호로 달 남극을 탐사할 계획이다. 2027년에는 창어 8호를 보내 달 기지 구축과 연관된 산소 추출 및 3D 프린팅 기술을 실험할 예정이다. 2030년에는 중국인 우주 비행사를 달로 보내 6시간 체류시키는 것을 목표로 하여 우주선 개발에도 힘쓰고 있다. CNSA는 지난 4월, 러시아 연방우주공사와 손잡아 2035년까지 달 표면에 국제 달 연구기지(ILRS)를 건설하고, 2050년에 완전 가동할 계획이라고 발표했다.

그림 2. NASA의 클레멘타인 궤도선이 촬영한 달 남극. 출처: NASA

미국 항공우주국(NASA)는 2025년 승무원 4명을 달로 보내는 아르테미스 계획을 진행 중이다. 원래는 2028년 달에 착륙하기로 계획했지만, 3년 앞당겼다. 미국 정부가 중국의 달 착륙 성공에 위기감을 느꼈기 때문이다. 국제 사회에서 미국이 주도하는 자유주의 진영과 중-러의 권위주의 진영의 대립이 깊어진 것도 우주 개발 경쟁에 박차를 가하는 데 일조했다. 미국은 호주와 캐나다, 일본, 룩셈부르크, 이탈리아, 아랍 에미리트, 우크라이나, 대한민국과 아르테미스 협정을 맺어 자유주의 진영으로서 우주 개발에 힘쓰고 있다.

중국과 미국은 각각 국제 달 연구기지 계획과 아르테미스 계획으로 말미암아, 달 남극의 자원을 활용해 달에 인류가 상주하는 항구적인 기지를 확립하고자 경쟁하고 있다. 달 남극에는 식수와 연료로 사용할만한 물(얼음), 철이나 알루미늄 같은 광물 자원이 풍부할 것으로 기대되기 때문이다. 하지만 달 남극에서 우주선 착륙과 자원 채취가 가능한 곳은 많지 않다. 달 남극에는 깊은 크레이터가 많아 험준하며 미세먼지 때문에 시야 확보가 어렵기 때문이다. 또 지구보다 1.5도 덜 기울어진 달의 자전축으로 인해 1년 내내 태양 빛이 도달하지 않아 매우 어둡고 춥다. 게다가 달에는 공기저항이 없어 착륙 속도가 조금만 어긋나면 궤도에서 벗어나거나 달 표면에 추락할 수 있다. 그래서 희소가치를 지닌 달 남극 지정 장소를 선점하려는 주요국들의 경쟁이 치열하다.

지난 8월, 빌 넬슨 NASA 국장은 미국 플로리다의 케네디 우주 센터에서 진행한 강연에서 “만약 베이징의 우주 비행사가 먼저 달 남극에 도착하면 중국이 달 남극을 점령할 가능성이 있다”며 우려를 표했다. 이어 “미국과 중국은 어느 쪽이 달 남극에 갇힌 얼음을 먼저 차지할지 서로 경쟁하고 있으며, 국제 사회 공동의 이익을 지키려면 모든 사람이 달에서 발견한 물을 이용할 수 있도록 해야 한다”고 주장했다.

러시아 vs 인도 “자존심 구긴 루나 25호, 기적을 일으킨 찬드라얀 3호”

그림 3. 러시아의 루나 25호 달 착륙선 모형. 출처: Wikipedia

러시아와 인도도 탐사선으로 달에서 물의 흔적을 발견하는 최초의 탐사선을 개발하기 위해 경쟁했다. 러시아는 1966년 구소련 시절 루나 9호를 세계 최초로 달 표면에 착륙시키는 데 성공한 바가 있다. 이러한 성공에 힘입어 러시아는 1976년 루나 24호 이후 약 47년 만에 루나 25호를 달로 쏘았다. 그러나 8월 20일, 루나 25호는 달 남극에 착륙하는 데 실패했다. 러시아 연방 우주공사는 루나 25호가 안전하게 착륙할 고도에 머물지 못하고 달의 중력에 빨려 들어가 추락했을 것으로 추측했다. 우주 공학 강국인 러시아조차 1959년~1966년에 걸쳐, 루나 9호를 만들어낼 때까지 수십 번의 실패를 거듭했음을 상기해 보면, 달 표면 착륙이 성공하기 매우 어려운 임무임을 실감할 수 있다.

한편 인도의 무인 달 탐사선 찬드라얀 3호는 8월 23일 달 남극 착륙에 성공했다. 2008년 달 궤도에서 처음으로 물의 존재를 확인한 찬드라얀 1호, 2019년에 발사됐지만 달 표면 착륙에는 실패한 찬드라얀 2호에 이어 찬드라얀 3호가 달 표면, 그것도 남극 주변에 착륙하는 데 성공한 것이다. 이로써 인도는 미국, 러시아, 중국에 이어 네 번째 달 착륙국가가 됐으며, 찬드라얀 3호도 최초의 달 남극 탐사선이라는 명예를 얻었다.

찬드라얀 3호의 달 착륙 비결은 인도우주연구기구(ISRO)가 실패를 성공의 어머니로 삼은 데에 있다. ISRO는 찬드라얀 2호의 달 착륙 실패를 교훈 삼아, 3호의 자세 보정 범위를 늘려 달의 울퉁불퉁한 지형에서도 착륙선이 견딜 수 있도록 다리를 보강했다. 이어 달 착륙 과정에서 발생할 수 있는 문제에 대비하기 위해 연료량을 늘리고, 착륙선이 넘어져도 태양빛을 받아 임무를 수행할 수 있도록 태양전지판을 2개에서 4개로 늘렸다.

그림 4. 인도 우주연구기구의 찬드라얀 3호 착륙선. 출처: Wikimedia Commons

찬드라얀 3호는 착륙 13일 만에 영하 100도의 추위를 이기지 못하고 작동 불능 상태에 빠졌지만, 달 남극의 표면을 100m 이상 이동하면서 달 지하의 온도, 전리층의 플라스마 밀도, 달의 지진 활동, 황, 알루미늄, 철, 망간, 티타늄과 같은 금속의 존재를 확인하는 성과를 거두었다. 특히 황의 발견이 달 남극에 물과 얼음이 존재할 가능성을 높여준 유의미한 성과였다. 과거 화산 활동으로 나온 유황이 달 표면의 얼음에 갇혀있다가 방출된 것으로 볼 수 있기 때문이다.

달 탐사에는 이유가 있다: 인류 지켜줄 우주 도시 세우기

주요국들이 달 개발을 서두르는 게 조급해 보일 수도 있다. 하지만 예정보다 빠른 달 개발의 배경에는 ‘지구의 미래에 대한 위기감’이 있다. 미국 캘리포니아 베이 에리어 환경연구소와 NASA 어스익스체인지 연구팀도 온실가스를 줄이려는 노력이 없으면 2041년에는 연평균 기온 상승이 2°C를 넘어설 것이라고 발표했다. 영국 엑서터대와 독일 포츠담기후영향연구소, 국제연구네트워크 ‘지구위원회’ 등 국제공동연구팀도 2022년 “지구는 이미 티핑포인트를 넘어섰다”라고 분석했다. 전문가들의 말이 옳다면, 언젠가는 우주 공간에 인류의 새로운 이주지를 찾을 필요가 있다.

기후 위기는 아르테미스 계획을 달뿐만 아니라 화성 탐사까지 포괄하는 거대 프로젝트로 만들었다. 트럼프 전 미국 대통령은 2017년 말, 달에 지은 거점을 발판 삼아, 화성 탐사로 이어 가겠다는 “우주 정책 지령 1”에 서명했다. 지구보다 훨씬 무중력에 가까운 달에서 로켓을 발사해야 화성까지 가는데 효율이 높기 때문이다. 아르테미스 계획의 최종 목표는 화성 탐사다. 미국은 달 근처에 새로운 우주 정거장을 세워 화성에 가기 위한 중계 지점으로 삼고, 2030년대에 화성 유인 탐사를 시작할 계획이다.

과거 사람들은 달 탐사가 실효성이 없다고 여겼다. 아폴로 계획 당시에는 인류가 24시간, 365일 동안 달에 체류할 기술이 부재한데다, 달 탐사 자체가 경제성이 부족하다고 평가받았기 때문이다. 그러나 기술의 급속한 발전 덕분에 현재 인류는 우주에 진출할 수 있는 능력을 갖추었다. 달 남극 탐사와 그리고 달을 거점으로 한 화성 개발까지, SF 영화나 소설에서 볼 법한 이야기가 곧 실현될 듯하다.

글: 이형석 과학칼럼니스트/일러스트: 유진성 작가