1톤만 캐도 4조 번다…미·중·러 '달 광산' 개발 경쟁 [김진원의 머니볼]

달 먼지 속 헬륨-3 1t 가격이 4조원
우주 광산 개발에 新냉전시대 개막

‘헬륨-3’는 핵융합 발전에 사용될 수 있는 미래 에너지원입니다. 지구상에서는 발견하기 어렵습니다. 헬륨-3 1g은 석탄 40t에 달하는 에너지를 갖고 있는 것으로 추산됩니다. 헬륨-3 1t의 가치는 30억 달러, 한화 4조원 이상 입니다. 하늘에 떠있는 달에는 헬륨-3가 110만t 이상 매장 돼 있을 것으로 추산됩니다. 70억 지구인이 1만년 동안 쓸 수 있는 에너지 입니다.

달에서 화성까지 탐사한다(Explore Moon to Mars). 한국과 미국, 영국, 캐나다 등 21개국이 13년간 117조원을 투입한 글로벌 초대형 우주 탐사 프로젝트 ‘아르테미스’를 미 항공우주국(NASA)이 설명하는 수식어입니다. 미국 등은 아르테미스 프로젝트를 통해서 달과 지구의 공전 궤도 부근에 자리하는 달 우주정거장 ‘루나 게이트웨이(LOP-G)’를 건설하고 달과 화성을 탐사한다는 목표를 실현시키고 있습니다.

이에 자극받은 중국과 러시아가 2027년으로 ‘달 연구기지(ILRS)’ 건설을 앞당겨 추진합니다. 달에 매장된 풍부한 자원과 ‘심(深) 우주 탐사’ 기술 경쟁을 둘러싼 ‘신(新) 냉전구도’가 본격화 하고 있습니다.

○아르테미스 1호 로켓 SLS, 4일 새벽 첫 발사

NASA는 4일 오전 3시17분(한국시간) 로켓 ‘SLS’를 발사합니다. 2개의 고체 부스터와 1·2단 로켓으로 구성된 SLS는 높이 98m, 무게 2500t, 엔진추력 4200t급의 초대형 발사체입니다. 미국 뉴욕 ‘자유의 여신상’(높이 93m) 보다 크고, 앞서 아폴로 프로젝트로 달에 사람을 보냈던 로켓 ‘새턴5’의 엔진추력(3460t급)보다 20% 이상 강력합니다.

SLS는 지난달 29일 발사 예정 시간 2분을 앞두고 발사가 연기됐습니다. 1단 로켓인 코어 스테이지의 4개 엔진 중 3번 엔진에서 문제가 생겼기 때문입니다. 엔진 속 수소 연료의 온도가 영하 250도까지 떨어져야 했지만, 3번 엔진만 다른 엔진들에 비해 22도 가량 높았습니다. NASA는 엔진 냉각 시간을 1차 발사 시도 때보다 30분 늘려 목표했던 엔진 냉각 온도에 도달하겠다는 복안입니다.

로켓 SLS가 임무를 다하면 우주선 ‘오리온’이 분리 돼 달로 향합니다. 38만㎞를 날아가 달의 남극과 북극 지방을 중심으로 6일간 공전하고 지구로 돌아옵니다. 총 임무 기간은 42일, 비행거리는 210만㎞에 달합니다.

○아르테미스 프로젝트 핵심 ‘달 우주정거장’

아르테미스 1호 발사는 사람이 탑승하지 않는 무인 탐사 임무입니다. 초도 비행에 성공하면 2024년 5월 아르테미스 2호 발사를 통해 실제 우주비행사 4명이 탑승해 달 궤도를 돌고 옵니다. 2025년 11월에는 아르테미스 3호 발사로 달 착륙을 시도합니다. 총 4명의 우주비행사가 지구를 떠나 이 중 2명이 달에 착륙합니다. 이들은 총 1주일(6.5일) 동안 달 표면에서 임무를 수행한 뒤 발사 30일째에 지구로 귀환할 예정입니다.

사람을 달에 착륙시켜 장시간 연구하기 위해 필요한 핵심 시설이 달 우주정거장입니다. NASA 등은 아르테미스 프로젝트의 연관 임무로 달 우주정거장 건설을 추진하고 있습니다. 달 우주정거장은 2024년 11월 첫 모듈인 전기추진부(PPE)가 미국 우주기업 스페이스X의 로켓 팰컨 헤비에 의해 달로 향합니다. 2개의 승무원 거주 모듈과 과학 실험 모듈, 도킹 모듈, 외부 로봇 팔 등으로 구성됩니다. 완성시 무게는 75t, 실내 너비는 55㎥ 에 달합니다. 동시에 4명의 우주비행사가 최대 3달까지 머무를 수 있게 설계됐습니다.

달 우주정거장은 지구와 달의 중력 균형을 연장한 근월점(달 상공 1500㎞)과 원월점(달 상공 7만㎞)을 6일 주기의 타원형으로 돕니다. 연료 소모를 최소화하며 궤도를 유지할 수 있는 지점입니다. 달 뒷편으로 넘어가지 않아 지구와 상시 통신이 유지됩니다.

아르테미스 3호부터 5호까지 예정된 달 탐사에는 민간 기업이 적극 참여합니다. 스페이스X의 ‘스타십’ 착륙선과 블루오리진의 ‘HLS’ 등이 사용될 예정입니다. 달 우주정거장에서 필요한 물자를 보급받은 뒤, 인간 생존에 필수적인 물이 얼어 있을 것으로 추정되는 달 남극 지역을 탐사합니다. 2030년부터는 달 우주정거장을 출발해 화성으로 향하는 아르테미스 후속 프로그램도 예정 돼 있습니다.

○자극받은 중·러, 달 기지 건설 8년 앞당겨

아르테미스 프로젝트에 중국과 러시아의 달 탐사에도 불이 붙었습니다. 최근 중국국가항천국(CNSA)은 러시아 연방우주공사(로스코스모스)와 진행 중인 달 우주기지 건설시기를 2027년으로 수정해 발표했습니다. 중국이 작년 6월 공개한 우주개발계획보다 8년이나 앞당긴 것입니다. 이에 대해 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)는 “중국 정책 결정권자들이 최근 미국 움직임에 위협을 느꼈기 때문”이라고 설명했습니다.

중국과 러시아가 추진하는 달 우주기지 건설 예정지도 달 남극 지역입니다. 달의 지형과 지질, 내부 구조 등을 연구하는 시설 등이 갖춰질 예정입니다. 달 먼지를 이용해 건물을 짓는 3D 프린팅 기술 등도 실험합니다.

중국과 러시아는 우주 탐사의 신·구 강자입니다. 중국은 2019년 무인탐사선 창어 4호를 달 뒷면에 보냈습니다. 인류 최초의 달 뒷면 탐사다. 2020년에는 창어 5호로 달에서 채취한 토양 1.73㎏을 회수했습니다. 미국과 러시아에 이어 달 토양 샘플을 확보한 3번째 나라가 됐습니다. 지구 상공 389㎞에 건설중인 우주정거장 ‘톈궁’도 올해 말이면 완공됩니다. 러시아는 미르 우주정거장과 국제우주정거장(ISS)을 수십년간 운영한 경험이 있습니다. 1957년 세계 최초의 인공위성(스푸트니크)을 발사하며 미국을 압도한 것도 러시아의 전신인 옛 소련입니다.

○한국, 독자 달 탐사 2031년 발사

한국은 최근 발사한 달 궤도선 ‘다누리’를 통해 아르테미스 프로젝트 착륙 예정지를 관측하며 협력할 예정입니다. 이와 별개로 독자적인 달 탐사도 본격화하고 있습니다. 과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원은 지난달 달 착륙선 개발사업 공청회를 열고 계획안을 공개했습니다.

계획안에 따르면 한국은 1.8t급 달 착륙선을 오는 2024년부터 2032년까지 총 6184억원을 투입해 독자개발합니다. 발사 시점은 2031년입니다. 이듬해에는 달에서 수집한 데이터를 분석합니다.

세계적으로 우주 탐사 열기가 뜨거워지는 배경에는 달에 매장된 희귀 자원이 있습니다. 달에는 희토류와 헬륨-3가 풍부합니다. 희토류는 반도체 2차전지 등 첨단 제조 산업에 필수 물질입다. 헬륨-3는 핵융합에 사용되는 물질로 지구에는 거의 존재하지 않는다. 이론상 헬륨-3 1g은 석탄 40t에 달하는 에너지를 갖고 있습니다.

강성주 국립과천과학관 천문우주연구팀 연구사는 “희토류와 헬름3 등으로 달의 가치가 최근 몇 년 사이 재발견되고 있다”며 “특히 중국은 과거 냉전 시절 소련을 의식해 우주 프로그램을 밀어 붙였던 미국처럼 달 탐사 경쟁에 강한 의지를 보이고 있어 당분간 이런 경쟁 구도는 이어질 전망”이라고 설명했습니다.

김진원 기자