‘다이달로스’ 타고 별나라 여행 떠나요

요즘 극장가에서는 올해 개봉 예정인 ‘스타워즈:에피소드2’의 예고편이 상영되고 있다. 1977년 처음 만들어진 ‘스타워즈’ 시리즈는 지금까지도 세대를 이어가며 즐기는 대하 우주 활극영화의 대명사다.

그런데 이 영화를 보고 있으면 한 가지 궁금증이 생긴다. 과연 별과 별 사이를 저렇듯 국제선 비행기를 타고 다니듯 간단히 여행할 수 있을까? 미래에 과학기술이 발달하기만 하면 언젠가는 저런 우주여행이 가능한 것일까?

결론부터 말하면 그런 우주여행은 사실상 불가능하다. 현재까지 밝혀진 과학이론으로 볼 때, 아무리 과학기술이 발달한다 해도 ‘스타워즈’와 같이 항성간 우주여행은 난센스에 가깝다. 별과 별 사이의 거리는 우리가 생각하는 것 이상으로 까마득하게 멀다. 상대성이론에 따르면 우주에서는 어떤 물체도 빛보다 빠르게 움직일 수 없는데, 설령 광속으로 날아가는 우주선이라 해도 태양에서 가장 가까운 이웃 항성계인 켄타우로스 알파성까지 4년 반 가까이 걸린다. 물론 상대성이론의 시간지연 효과(움직이는 물체는 정지해 있는 물체보다 시간이 느리게 간다)에 따라 우주선에 타고 있는 사람은 4년이 아니라 불과 몇 달이나 몇 주 정도만 지난 것처럼 느끼겠지만, 지구에서 제삼자가 관측할 땐 4년 반이 걸리는 것이다.

가장 가깝다는 이웃 별까지가 이 정도니 몇십, 몇백 광년 떨어진 다른 별들은 말할 것도 없다. 200만 광년 떨어져 있다는 안드로메다 성운까지 가려면 지름이 10만 광년인 우리 은하부터 벗어나야 하기 때문이다.

SF를 보면 초공간 도약이니, 블랙홀과 화이트홀을 잇는 벌레구멍(웜홀)으로 가면 된다느니 하는 말이 나오지만, 모두 검증되지 않은 공상일 뿐이다.

그렇다면 인류는 외계의 별천지로 가는 꿈을 완전히 접어야 할까? 그렇지 않다. 현재의 과학기술로도 장거리 우주여행은 가능하다. 엄청난 시간이 걸리기는 하지만 적어도 태양계가 아닌 다른 항성계로 갈 수 있는 방법은 있다.

1970년대 초반 영국행성간협회(BIS·British Interplanetary Society)에서는 ‘다이달로스 프로젝트’라는 우주선 건조계획을 입안했다. 이 프로젝트는 현재의 과학이론으로 만들 수 있는 가장 우수한 로켓을 설계하는 것이다.

아득한 우주공간을 가로지르려면 무엇보다 우주선의 속도가 빨라야 한다. 우주선의 속도를 결정하는 데는 분사속도가 큰 비중을 차지한다. 분사속도란 글자 그대로 로켓의 추진력으로 얻어지는 속도를 말하는데, 가스 추진력이 세면 셀수록 그 반작용으로 우주선도 빨라지게 마련이다. 그런데 이 경우엔 어떤 연료를 쓰는지가 관건이다. 대개 연료에 따라 최적 분사속도가 정해져 있으며, 그 이상 가속하면 연료가 불완전 연소되어 최적효율이 떨어진다.

기술 부족으로 아직은 꿈같은 일 … 2150년쯤 건조 가능

현재 미국 등에서 주로 사용하고 있는 수소연료 로켓의 최적분사속도는 초속 4.2km 정도로, 기껏해야 광속의 0.0014%밖에 낼 수가 없다. 핵연료를 쓸 경우 속도가 조금 올라간다. 핵분열 에너지를 이용하면 약 4%, 핵융합 에너지를 이용하면 10% 정도까지 가능하다. 바로 다이달로스가 이 핵융합 로켓엔진을 쓰는 우주선이다. 이 우주선으로는 켄타우로스 알파성까지 30년이 좀 넘게 날아가면 도달할 수 있다.

사실 다이달로스도 연료탱크가 우주선 무게의 대부분을 차지하는 등 항성간 여행에 적합하다고는 하기 어렵다. 그래서 이론적으로는 연료탱크가 필요 없는 버사드 램제트 우주선－우주공간에 흩어져 있는 희박한 성간물질을 끌어 모아 연료로 사용한다－도 제시되었으나 여러 가지 기술적 실현 가능성 등을 고려해 보면 현재로서는 핵융합 로켓엔진을 이용하는 다이달로스가 현실에 가장 근접한 모델로 평가되고 있다.

그러나 아쉽게도 다이달로스는 대략적인 설계도밖에 나와 있지 않다. 아직 우리에게는 핵융합 엔진을 만들 수 있는 기술이 없기 때문이다. 레오나르도 다 빈치가 비행기의 원리를 알고 있었으면서도 당시의 과학기술이 부족해 만들지 못했던 것처럼, 다이달로스 우주선 역시 2150년 정도나 되어야 실제로 건조될 수 있을 듯하다.