‘배타고 우주여행’ 점점 현실로

우주범선 ‘코스모스 1호’가 우주공간에 떠 있는 상상도. -사진제공 미국행성협회

《돛단배나 엘리베이터로 우주여행이 가능할까. SF영화에나 나올 법한 이런 황당한 아이디어로 우주여행을 감행하려는 다소 무모한 도전이 진행되고 있다.》

● 우주범선

내년 봄이면 햇빛을 받아 움직이는 거대한 돛을 단 범선이 우주로 향할 전망이다. 지난달 7일 미국행성협회는 “세계 최초의 우주범선 ‘코스모스 1호’를 내년 3월 1일부터 4월 7일 사이에 러시아 로켓을 통해 발사할 것”이라고 발표했다.

지난 수년간 미국, 유럽, 일본, 러시아 등에서 앞 다퉈 우주범선 연구개발 프로그램을 내놓았지만, 실제 제작돼 발사를 앞둔 것은 미국행성협회가 개발한 코스모스 1호가 처음이다.

코스모스 1호는 바람이 아니라 태양에서 나오는 빛으로 움직인다. 빛은 ‘광자’라 불리는 입자의 다발로 구성되는데, 광자가 코스모스 1호의 돛에 충돌할 때 우주범선은 추진력을 얻게 된다. 공이 어떤 물체에 충돌할 때 그 물체가 앞으로 밀려나가는 것과 같은 원리다. 범선의 돛이 클수록 많은 수의 광자가 부딪치기 때문에 유리하다.

코스모스 1호에는 10층 건물 높이에 해당하는 길이 15m의 삼각형 돛이 거대한 풍차처럼 8개나 달려 있다. 각각의 돛은 알루미늄으로 강화된 얇은 폴리에스테르 필름으로 만들어져 있다. 돛의 각도를 바꿈으로써 범선의 진행 방향도 바꿀 수 있다.

미국행성협회는 “우주범선 방식이 지금까지 알려진 추진기술 가운데서 별 사이의 우주여행에 적용될 수 있는 유일한 것”이라고 밝혔다.

● 이온엔진

우주선을 오랫동안 천천히 가속하는 방식에는 이온엔진 방식도 있다. 지난달 15일 유럽우주국(ESA)은 “첨단 무인 우주선 ‘스마트 1호’가 이온엔진을 시험하며 11개월간 8400만km를 비행해 달에 도착했다”고 밝혔다.

이온엔진은 크세논이란 기체원자를 이온으로 만든 후 내뿜는 방식이다. 기존 화학추진엔진보다 10분의 1이나 적은 연료만 들여 같은 속도를 얻을 수 있는 게 장점. 다만 서서히 속도를 올릴 수 있어 시간이 더 필요하다.

이온엔진을 수개월 내지 수년간 충분히 작동할 수 있다면 태양계를 벗어나 먼 우주로 탐사선을 보낼 수 있다.

● 우주엘리베이터

우주범선만큼 허황돼 보이는 우주여행 방법이 우주엘리베이터다. 우주엘리베이터에 대한 아이디어는 1966년 미국의 존 아이작이 과학전문지 ‘사이언스’에 발표했다. 2년 전에는 우주엘리베이터 국제학회가 열렸고 미국의 하이리프트 시스템이라는 민간기업이 관련 연구로 미국항공우주국(NASA)의 자금을 지원받기도 했다.

우주엘리베이터는 우주로 곧게 뻗은 고속도로다. 한쪽 끝은 지구 적도 표면에 건설된 50km 높이의 타워에, 다른 한쪽은 고도 3만6000km에 위치한 인공위성이나 소행성에 연결한 케이블 사이를 우주선 같은 엘리베이터 차량이 움직이는 것이다. 우주엘리베이터는 인공위성의 원심력이 지구의 중력과 균형을 이루기 때문에 안정되게 유지될 수 있다.

NASA의 데이비드 스미서먼은 “우주엘리베이터는 더 이상 SF소설 속의 대상이 아니라 실현 가능하다”고 밝혔다.

3만6000km나 뻗어야 하는 케이블은 강철보다 5분의 1 가벼우면서 강도는 100배나 강한 탄소나노튜브가 제격이다.

관련 연구자들은 우주엘리베이터를 이용하면 우주정거장까지 화물을 운반하는 데 kg당 1.5달러가 든다고 추정하고 있다. 우주왕복선으로 kg당 2만달러가 넘게 드는 것에 비하면 엄청나게 싼값이다. 20kg의 화물을 가진 몸무게 70kg의 승객이 우주엘리베이터에 탑승한다면 135달러, 즉 서울∼제주 왕복비행기 요금보다 저렴하게 우주관광을 할 수 있는 셈이다.

이충환 동아사이언스기자 cosmos@donga.com