우주탐사 사활 '과학 강국들'···"화성·달 시대 앞당긴다"

[달 50주년 기획 ②] 각국의 우주 진출 동향
美 민간주도·유럽 국제협력·日 소행성·中 우주굴기
"우리나라 우주기술 어렵지만 미래 위해 해야 할 일"
길애경·김지영·김인한 기자 kilpaper@HelloDD.com 입력 : 2019.07.16|수정 : 2019.11.10
미지 중의 미지였던 우주. 달의 분화구가 만들어 낸 상상 속 옥토끼 이야기부터 인류의 우주 호기심은 과거, 현재를 이어 미래에도 지속될 전망이다. 소련의 치올코프스키(Tsiolkovsky)가 19세기 후반, 행성까지 이동수단으로 로켓방정식을 제안하고 미국 과학자 로버트 허칭스 고더드(Robert Hutchings Goddard)가 처음 개발에 성공하며 인공위성 탄생까지 이어진다. 소련의 스푸트니크호 발사 충격 후 미국은 1969년 7월 20일 아폴로 11호의 달에 착륙에 성공한다. 인류의 우주 진출은 더이상 꿈이 아닌 현실이 됐다.

올해는 인류의 달 착륙 50주년이다. 미국과 구 소련의 냉전시기, 우주기술은 군사적 목적으로 경쟁 구도를 이뤘다. 지금은 민간주도로 변화되며 우주진출은 다양한 목적으로 우리에게 가까워지고 있다. 생명의 기원부터 인류에게 필요한 희토류 확보 가능성 등 과학적 근거들이 제시되며 인류는 달, 화성 등 우주 탐사에 적극 나서는 추세다.

미국, 일본, 영국, 중국 등 과학선진국들은 우주 진출에 사활을 걸고 있다. 앞다퉈 기술력을 선보이며 우주기술 강국임을 입증하고 있다. 미국은 NASA와 민간기업을 중심으로 우주진출에 속도를 더한다. 아폴로 키즈들이 성장, 민간차원의 우주 진출에 뛰어들며 일반인의 우주 여행도 머지않을 것으로 기대된다.

유럽은 국제협력을 바탕으로 달과 화성 탐사, 목성 탐사를 추진 중이다. 일본은 하야부사 2가 소행성 탐사에 연달아 성공하며 우주기술 강국으로 면모를 확고히 다지고 있다. 중국의 우주 기술 굴기는 산업, 국방 전 분야에 확대되는 추세다. 올해 달 뒷면 착륙까지 인류 최초로 성공하며 우주 강국으로 세계의 이목을 집중시켰다.

◆ 달 전초기지 삼아 심우주 개척하려는 美, 기업-정부 모두 압도적 페이스

NASA는 달을 전초기지 삼아 화성으로 보내는 야망을 품고 있다. 짐 브라이든스틴 NASA 국장은 2024년 단순히 달에 가는 것을 넘어 달에 머무르기 위해 갈 것이라며 달에서 배운 것들을 활용해 우주비행사를 화성으로 보내겠다고 밝히기도 했다. <사진=NASA>NASA는 달을 전초기지 삼아 화성으로 보내는 야망을 품고 있다. 짐 브라이든스틴 NASA 국장은 2024년 단순히 달에 가는 것을 넘어 달에 머무르기 위해 갈 것이라며 달에서 배운 것들을 활용해 우주비행사를 화성으로 보내겠다고 밝히기도 했다. <사진=NASA>

미국 정부는 지난 3월 26일(현지 시각) 우주인을 다시 달에 착륙시키는 계획을 애초 2028년에서 2024년으로 4년 단축시켰다. 미국항공우주국(NASA)은 달을 전초기지 삼아 화성으로 보낼 야심을 품고 있다. 짐 브라이든스틴 NASA 국장은 "2024년 단순히 달에 가는 것을 넘어 달에 머무르기 위해 갈 것"이라며 "달에서 배운 것들을 활용해 우주비행사를 화성으로 보내겠다"고 밝힌 바 있다.

이에 맞춰 NASA는 '아르테미스 프로그램(Artemis Program)'을 가동했다. 아르테미스는 그리스 신화 속 달의 여신이다. 미국은 프로그램 이름에 걸맞게 이번엔 여성 우주비행사를 보내고 여성이 먼저 착륙선에서 내리도록 할 계획이다.

50년 만에 재개되는 달 탐사는 50년 전과 다른 방식으로 진행된다. 과거 아폴로는 지구에서 달 표면으로 직행했지만 아르테미스는 우주정거장 '게이트웨이'(달 궤도 정거장)에 도착한 후 착륙선으로 갈아타고 달 표면으로 간다. 미국은 달 탐사 전초기지인 게이트웨이 건설을 위해 국제·민간 협력을 진행하고 있다. 

NASA가 단축된 달 탐사를 위해 예산 증액을 요구하고 있지만 예산 확보 과정이 만만치 않다. 지난 5월 13일 NASA가 내년 예산에 16억 달러 증액을 요구했지만, 의회에선 달 탐사보다는 과학 연구에 예산이 투입돼야 한다는 입장을 표했다.

정부 차원에서 달·화성 탐사 등에 강력한 드라이브를 걸며 난항을 겪고 있지만, 민간 차원에선 아폴로 우주선을 보고 자란 '아폴로 키즈'들의 활약이 두드러진다. 일론 머스크가 이끄는 스페이스 X는 2023년 달 궤도 관광을 계획하고 있다. 또 스페이스 X에서 개발한 대형 로켓인 '팰컨 헤비'는 대형 화물을 실을 수 있어 미국 정부가 추진하는 달 탐사 계획에도 기여할 수 있을 전망이다.

스페이스X는 대형 로켓 '팰컨 헤비'(Falcon Heavy)를 개발해 미국 정부가 추진하는 달 탐사 프로그램과도 협력할 것으로 전망된다. <사진=스페이스X>스페이스X는 대형 로켓 '팰컨 헤비'(Falcon Heavy)를 개발해 미국 정부가 추진하는 달 탐사 프로그램과도 협력할 것으로 전망된다. <사진=스페이스X>

블루 오리진도 뉴스페이스 시대를 촉진하고 있다. 제프 베이조스가 2000년 설립한 민간 우주기업으로, 2017년엔 개인 보유 주식을 팔아 마련한 10억 달러를 투자하기도 했다. 2015년 11월 로켓과 우주선을 통째로 재활용하는 실험에 세계 최초로 성공했다. 블루 오리진은 재활용에 특화된 로켓을 개발 중이다. 제프 베이조스는 지난 5월 9일 달 착륙선인 '블루문' 실물 크기 모형을 공개했다. 블루문은 'BE-7 엔진'으로 구동될 예정이며 해당 엔진 추진체는 액체 산소와 액체 수소로 조합됐다. 

2000년 블루 오리진(BLUE ORIGIN)을 창업한 제프 베이조스가 지난 5월 9일 달 착륙선인 '블루문' 모형을 공개했다. <사진=BLUE ORIGIN>2000년 블루 오리진(BLUE ORIGIN)을 창업한 제프 베이조스가 지난 5월 9일 달 착륙선인 '블루문' 모형을 공개했다. <사진=BLUE ORIGIN>

◆ 유럽, 국제협력 강화하며 "달·화성·목성 탐사 도전"

유럽은 국제 협력을 강화하며 우주 탐사에 도전하고 있다. 화성 탐사를 비롯해 유인 달기지 건설, 목성 탐사 등을 추진하고 있다. 

ESA(유럽우주국) 역시 NASA, JAXA, 러시아우주국 등과 달궤도 정거장(Deep Space Gateway) 건설에 참가한다. NASA와 함께 'MARS 2020'에 참여해 시료 채취 후 귀환에도 도전하고 있다.

ESA는 최근 달 표면에 분포한 광석 물질 채굴을 위한 연구에 돌입했다. 달 표토에서 인류 생존에 필요한 산소와 물을 추출할 수 있을 것으로 보면서다. ESA는 오는 2025년까지 유인 우주선을 달에 보내고, 오랜 기간 달에 머물며 연구·탐사를 하기 위해 달 표토 채굴에 나섰다. 

달 유인 건설도 추진하고 있다. ESA는 달의 새롭고 다양한 표토를 채취·분석, 극지방의 물 특성 분석, 미래 탐사를 위한 잠재적 자원 확인 등을 수행하며 달기지 건설에 나설 계획이다. 이를 위해 로버를 활용한 달착륙과 달 표토의 광물채굴 연구도 본격화할 계획이다. ESA는 남극 근처에 '문빌리지(Moon Village)'를 건설해 미래 인간 미션도 추진한다.

지난 달에는 아리안스페이스와 계약하고, 2022년 목성 얼음 위성 탐사선(JUICE, JUpiter ICy moon Explorer) 발사 계획도 밝혔다. 탐사선은 유럽 우주국이 계획하고 있는 목성의 위성인 가니메데, 칼리스토, 유로파를 탐사할 예정이다. 

◆ 일본. 소행성 탐사 연달아 성공 우주기술 강국 면모 보여

(위) 우주개발 부처별 사용내역과 (아래) 일본 우주관련 예산추이. 일본은 올해 약 3500억엔을 우주개발에 투자한다. 조금씩이지만 매년 예산이 오르고 있다. 우주개발예산을 가장 많이 사용하는 부처는 문부과학성이다.<사진=제76회 우주 정책 위원회 자료>(위) 우주개발 부처별 사용내역과 (아래) 일본 우주관련 예산추이. 일본은 올해 약 3500억엔을 우주개발에 투자한다. 조금씩이지만 매년 예산이 오르고 있다. 우주개발예산을 가장 많이 사용하는 부처는 문부과학성이다.<사진=제76회 우주 정책 위원회 자료>
전 세계 4번째로 우주개발에 투자를 많이 하고 있는 일본은 정부 R&D 대비 약 8%를 우주개발 예산에 투입하고 있다. 올해 예산은 약 3500억 엔. 우리나라의 약 4~5배 수준이다. 문부과학성이 우주개발예산의 거의 절반을, 내각부, 방위성, 외무성 등이 나머지 절반을 나눠 사용하고 있다.
 
일본 정부는 지난 2015년 1월 우주개발전략본부회의를 통해 2024년도까지의 우주 정책 지침을 정하는 '우주기본계획'을 결정했다.

우주기본계획에 인공위성을 이용한 선박 감시 및 정보 수집 등 우주 시스템 안보 목적에 직접 사용할 수 있는 체제를 정비할 것을 명시했다. 인공위성은 민관 합쳐 2조엔 규모로 최대 45기를 발사할 계획임을 밝혔다.
 
이후 일본 정부는 2018년 '우주기본계획'의 공정표 개정을 정식 결정했다. 일본은 매년 아베 총리가 본부장으로 있는 우주개발전략본부 회의를 통해 우주기본계획 공정표를 개정하고 있다. 장기계획인 우주기본계획을 차질없이 추진하기 위해 예산 편성 등을 조금씩 수정한다.
 
제일 최근 개정된 공정표는 지난해 12월 11일 발표된 내용이다. 지난 6월 새로운 공정표 개정을 위한 중점사항도 검토됐다.
 
지난해 발표된 공정표의 주요사항은 미국이 주도해 2020년까지 목표로 하는 유인 달 탐사 계획 '게이트웨이' 구상에 참여하는 등 국제 협력 강화가 핵심이었다. 민간기업이 참여할 수 있도록 하는 전략을 연내에 결정할 계획이다.

인공위성에 충돌할 우려가 있는 우주 쓰레기를 쫓는 감시시스템을 미국과 협력해 추진하는 내용과 국가 안보를 위해 해외 위성기술 동향을 조사할 계획도 담겼다.
 
국가안보를 위한 위성기술 동향은 올해 발표된 공정표 개정에 구체적으로 서술됐다. 미국과 협력해 자위대의 우주 영역 전문부대를 신설해 우주 공간 상황 감시를 구체화하겠다는 것이다.
 
이는 우주개발에 적극적인 중국과 러시아, 인도 등을 염두에 둔 것으로 해석된다. 일본은 공정표 중점사항에 '우주 안보 분야에 있어 다른 나라의 위성요격(ASAT) 개발과 전파방해 등 의심스러운 인공위성 활동이 보고되고 있다'고 지적한 바 있다. 외신에 따르면 아베 총리는 지난 6월에 열린 우주 기본 계획 공정표 개정회의에서 "다양한 분야에서 우주 이용이 진행되는 가운데, 안보 분야에서도 각국이 노력을 강화하고 있다. 체제 정비와 인재 육성을 가속화 해 달라"고 지시했다. 
 
일본이 발사를 예정 중인 로켓과 위성 등.<사진=문부과학성 자료>일본이 발사를 예정 중인 로켓과 위성 등.<사진=문부과학성 자료>
일본 정부는 지난해에 이어 내년, 내후년까지 지속해서 우주에 탐사선과 위성, 로켓 등을 쏘아 올릴 계획이다.
 
그중 하나가 지난해에 이어 지난 11일 두 번째로 소행성 착륙한 탐사기 하야부사 2다.

하야부사 2는 태양계의 탄생화 진화를 해명하기 위해 물과 유기물 존재가 가능할 것으로 보이는 소행성 류구에 폭탄을 쏴 인공적인 분화구를 만들고 태양에 노출된 적 없는 모래 등 내부 물질 시료를 채취해 2020년 지구에 시료를 전달할 예정이다.
 
또 올해 광데이터 중계 위성도 발사된다. 원격탐사 위성의 고도화와 고해상도화에 대응하기 위해 데이터 중계용 위성 간 통신기기의 대폭적인 소형화, 경량화, 대형 통신 용량화 등을 실현하는데 필요한 통신기술을 위해 사용될 예정이다.
 
2020년에는 ▲차세대 주력 로켓 H3의 시험기 1호기 ▲첨단 광학위성 ▲X선 천문위성 대체기계 ▲ 소형 달 착륙선 실증기 (SLIM) 등이 우주로 향한다.
 
'H3 시험기 1호'는 실용화를 목표로 개발되고 있어 발사 비용을 100억 엔에서 50억 엔으로 낮춘 것이 특징이다. 일본이 로켓의 주요 엔진을 새롭게 개발하는 것은 약 20년만으로, H3은 일본의 H2A, H2B의 후속 로켓으로 엔진을 교체해 중형부터 대형위성 탑재가 가능할 것으로 보인다.
 
'첨단과학위성은' 방재와 재해 등 안보를 위한 국토관리를 위한 고해상도 첨단과학위성이다. 지진이나 화산에 의한 지각 변동 등을 정밀검사하기 위한 센서 기술 등을 발전시킨 첨단 레이더 위성을 개발 중이다.
 
'X선 천문위성 대체기계'는 통신두절이 되면서 폐기된 X선 관측위성 '히토미'를 대신할 위성을 말한다. 국제협력하에 대체기계를 개발해 초신성 폭발, 블랙홀, 은하단 등 X선으로 관측 가능한 고온, 고에너지의 천체 관측을 시행할 계획이다.
 
'소형 달 착륙선 실증기 (SLIM)'는 일본의 첫 달착륙을 이뤄줄 소형 탐사선이다. 내리고 싶은 곳에 내릴 수 있는 고도의 착륙기술과 시스템, 미래 혹성 탐사에 필수가 되는 기술 등을 개발해 탑재한다.
 
2021년에는 ▲H3로켓 2호기 ▲기술시험위성 9호기 등이 예정돼있다. 기술시험위성 9호기는 통신의 고속, 대용량화에 대응하기 위한 차세대 위성으로 위성 무게를 줄여 발사 비용을 대폭 절감하는 연구가 함께 진행 중이다.
 
이 외에도 최근 우주개발에 민간기업의 투자가 늘어남에 따라 문부과학성은 2040년까지 우주개발산업에 세계 시장 점유율 20%라는 목표를 세웠다. 이를 위해 2025년까지 항공기 사고의 25%를 줄일 안정성을 실현하고 소음을 10분의 1로 줄이는 기술개발, 획기적인 연비를 통한 경제성 실현을 추진할 계획이다.

달탐사에 뛰어든 일본 기업들도 눈에 띈다. 도요타는 우주항공연구개발기구(JAXA)와 2029년을 목표로 4인승 규모의 달 위를 달리는 탐사선 개발에 나서기로 했다. 도요타는 수소 연료로 움직이는 연료전지차(FCV)와 자동운전 기술을 응용해 달 표면을 달리는 월면차를 2029년까지 개발한 뒤 미국 로켓에 실어 쏘아 올릴 예정이다.

월면차는 1960년대 미국 달탐사 프로젝트인 아폴로 계획에 따라 처음 개발됐지만 우주복을 입어야 했다. 이번에 도요타가 개발하는 탐사선은 길이 6m, 폭 5.2m, 높이 3.8m로 마이크로버스 2대 크기다. 우주선처럼 공기가 공급돼 우주복을 착용하지 않아도 된다. 월면차는 우주정거장 '게이트웨이'가 2026년 완성된 후 달에서 수자원 탐사 등에 활용될 예정이다.
 
◆ 중국, 체계적 개발과 관리로 우주기술 강국으로 단숨에 도약

중국 달 착륙선 창허4호에의해 달에 보내진 달 탐사 로봇 '옥토끼 2호'. 중국은 옥토끼 2호가 보낸 데이터량은 1.2G로 531개의 데이터 파일이라고 밝혔다.<사진= 중국국가항천국>중국 달 착륙선 창허4호에의해 달에 보내진 달 탐사 로봇 '옥토끼 2호'. 중국은 옥토끼 2호가 보낸 데이터량은 1.2G로 531개의 데이터 파일이라고 밝혔다.<사진= 중국국가항천국>

중국의 우주개발은 1960년대부터 연구개발과 생산이 결합되며 통합적인 계획과 관리로 진행 중이다. 우주정책을 총괄하는 중국국가항천국(CNSA), 산하 연구원, 공장 등 3단계로 관리되며 어느 나라 보다 빠른 속도로 기술력에서 우위를 점하고 있다.

STEPI에 의하면 중국의 우주개발 플랫폼은 발사체, 위성, 유인 우주활동, 국제협력 등 체계적인 구조로 진행된다.

발사체는 1970년 창정 1호 발사를 시작으로 차세대 발사체까지 기술진보를 거듭하고 있다. 중국의 발사체 기술은 천쉐썬(錢學森) 박사를 영입, 소련의 기술을 도입한 동펑 1호부터 시작된다. 이후 자체적인 연구개발로 창정시리즈 개발에 성공한다. 발사성공률도 94.4% 이상이다. 1990년대 이후 중국은 창정시리즈로 첫 우주선 선저우 1호를 쏘아 올렸고 실험 우주정거장 텐궁 1호 발사도 성공한 바 있다.

2011년 중국은 무인우주선 선저우 8호와 소형 우주실험실 텐궁 1호가 343km 상공의 우주 공간에서 도킹에 성공했다. 총알보다 10배나 빠른 속도로 움직이는 두 물체를 오차 18cm 이내로 우주에서 결합에 성공한 나라는 그동안 미국과 러시아뿐이었다. 당시 우주 강국들은 '중국발 스푸트니크 쇼크'라는 말로 충격을 표현하기도 했다.

올해 1월 중국은 창어4호가 인류 최초로 달 뒷면에 착륙하는 데 성공했다. 이로써 중국은 달 전면과 뒷면에 모두 착륙한 유일한 국가가 됐다. 창허4호와 같이 달에 보낸 탐사 로봇 옥토끼2호는 처음으로 달 뒷면의 땅속 물질을 찾고 토양성분 분석에 나섰다. 6월에는 창어11호가 해상 발사에 성공하면서 우주 강국의 면모를 확고히 했다. 중국은 오는 2020년까지 창어5호를 발사, 달 표면을 탐사하고 샘플을 채취한 후 탐사차와 착륙선 모두 지구로 귀환시키는 프로그램도 추진할 계획이다.

중국은 1970년 첫 인공위성을 쏘아 올리며 오는 2021년까지 192기의 위성을 쏘겠다고 발표한 바 있다. 유인 우주선 개발에도 박차를 가하고 있다. 다소 늦은 2006년부터 유인우주선 개발에 나섰지만 2020년 무인 우주선 시험발사 후 2021년 유인 우주선 발사를 목표로 하고 있다. 유인 우주개발 프로젝트는 유인우주선 발사, 우주인 유영 및 단기거주, 영구적인 우주정거장 구축으로 추진 중이다.

이처럼 중국은 초기 기술 모방에서 독립된 방향으로 기술을 개발 중이다. 후발국가로 출발했지만 막대한 예산과 인력 투입으로 단숨에 우주 강국으로 부상했다. 

러시아와 미국 등 16개국이 참여한 국제우주정거장이 오는 2020년까지 운영될 예정이다. 임무는 2024년 종료된다. 러시아는 기존 국제우주정거장 모듈에 새로운 모듈을 더해 러시아 중심의 다국적 우주 정거장을 운영키로 했다. 중국의 영구적인 우주 정거장 구축 계획이 주목된다.

인도도 2014년 집권 2기 나렌드라 모디 정부가 출범하면서 우주 개발에 박차를 가하고 있다. 모디 총리는 지난해 독립기념일 연설에서 2021년 12월까지 유인우주선을 발사하겠다고 발표했다. 지난 6월 인도우주연구기구(ISRO)는 유인우주선 프로젝트를 성공하고 5~7년 뒤에 독자 기술로 우주정거장을 건설하겠다는 또 다른 목표를 밝혔다. 태양 탐사선과 금성 탐사선도 각각 2020년, 2023년 발사를 목표로 준비 중이다.

우리나라도 우주 진출에 주력하고 있다. 우리나라는 위성과 발사체, 항공분야를 중심으로 우주기술 개발을 추진 중이다. 우리별 1호로 시작한 위성 기술은 민간기업이 참여하며 세계에서 6~7위 정도로 평가된다. 발사체 기술은 1996년 우주개발을 본격 추진하면서 KSR-Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ를 개발하는 등 기반을 다졌다.

이를 바탕으로 우리나라는 러시아 기술을 포함한 '나로호(KSLV-I)'를 개발, 2013년 우주궤도에 진입시키는 데 성공했다. 현재 우리나라는 한국항공우주연구원을 중심으로 한국형발사체 누리호를 개발 중이다. 지난해 11월 기본 구성체인 75t급 엔진의 시험 발사를 마쳤다. 오는 2021년 개발을 완료할 예정이다.

달 탐사 로드맵은 2007년 수립, 2020년까지 달 주위를 도는 궤도선을 발사하겠다고 발표했다. 달 궤도선을 2017년부터 개발해 2020년께 외국 발사체를 이용해 발사하고 자체 개발한 한국형발사체 누리호로 2025년 달 착륙선을 발사하겠다는 계획을 세웠다. 하지만 정권이 바뀌면서 계획을 5년 정도 앞당기도록 수정했고 이번 정부에서 원위치시켰다. 항우연 내부에 의하면 기술적 문제로 설계가 지연되고 있다는 주장도 나온다. 각국이 우주 진출에 사활을 걸고 있는 상황에서 우리나라의 방향 설정이 필요한 시점이다.

우주 기술은 위성기술과 로켓기술이 핵심으로 국방기술과도 직결된다. 또 최첨단 기술로 우주 강국들이 기술 노출을 극도로 꺼려 기술 확보도 어려운 게 사실이다. 우주기술 관계자는 "처음 하는 것이다 보니 여러 어려움이 있다. 하지만 케네디가 말했듯이 어려우니까 하는 거다. 남들이 하는 거라면 꼭 우리가 안 해도 되는 것"이라면서 "50주년을 맞아 우주 탐사 분위기를 확산시키고, 국민들에게 동의를 구하며 우주 연구에 힘을 실어주는 분위기가 조성되길 기대한다. 달 탐사가 어렵겠지만 전문가들에게 한번 해보라는 마음이 확산되길 바란다"고 말했다.
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