현재, 많은 우주 탐사의 핵심 기지 역할을 하고 있는 곳은 국제우주정거장(International Space Station)이다. 하지만 지금 많은 국가들은 달에 사람이 장기적으로 체류할 수 있는 일명 '문 빌리지' 건설에 힘을 쏟고 있다. 만약 성공적으로 기술을 정립하여 기지를 건설 할 수 있다면 과학사에 큰 획을 긋는 일이 될 것임이 틀림없다.
항공사 에어버스는 2018년 10월 1일 독일 브레멘에서 열린 '국제우주대회(IAC)에서 문레이스(Moon Race) 프로젝트를 공개하였다. 이 대회는 달 내의 거주지를 만드는 많은 아이디어들을 수렴하고자 계획 되었으며 일종의 경연대회로 어느 단체든 참가할 수 있다. 참가자들은 달 체류에 가장 필요한 4가지 기술인 달 기지 건설 기술, 에너지 생산 기술, 달 자원 활용 기술, 그리고 농작물 재배 기술에 대한 아이디어를 제출해야 한다.
달 기지 건설 기술
유럽우주국(ESA)는 2016년 2월, 달 표면에 영구적으로 운영할 수 있는 우주기지인 문 빌리지(Moon Village)를 짓겠다고 발표하며 구체적인 계획을 제시했다. 문 빌리지는 사람 200명 정도가 동시에 거주할 수 있는 정도의 크기로 지어질 예정이며, 위치는 달의 남극 분지가 유력한데, 기지를 건설하고 유지할 자원이 상대적으로 풍부하기 때문이다. 또한,이들은 기지를 구성하는 자재들의 운송 비용을 크게 절감하기 위해서 3D 프린팅 기술을 도입할 것이라고 발표하였다. 3D프린터를 달로 보낸 후 그곳의 토양을 가지고 각종 자재들을 찍어내겠다는 것이다. 물론, 이게 실현되기 위해서는 달의 토양과 지질 구조를 조사하는 것이 우선 과제가 될 것이다.
에너지 생산 기술
달에서는 대부분의 에너지를 태양광으로부터 얻어야 한다. 제대로 된 발전소를 짓기 힘들 뿐만 아니라 달은 대기가 없어서 지구에 비해 햇빛이 강한 만큼 높은 효율로 에너지를 얻을 수 있기 때문이다. 단, 큰 문제가 있다. 달은 지구와 일주기가 다르기 때문에 해가 떠있는 기간과 해가 진 기간의 주기가 14일이나 된다(즉, 14일 동안은 해가 떠 있지 않은 것이다). 따라서 달 내에서 직접 에너지원이 될 광물을 구하는 기술이 필요한데, 과학자들은 달에 남아있는 충돌한 유성의 잔재에서 '헬륨-3'를 얻어내 사용할 계획을 수립하고 있다.
헬륨-3는 헬륨의 동위원소중 하나로(양성자 2개, 중성자 1개) 핵융합을 통해 에너지를 얻어낼 수 있어서 미래의 항공 연료 등으로 연구되고 있다. 달에는 대기가 없기 때문에 유성 충돌의 잔해가 잘 보존되어 있을 것이며 그 안에서 헬륨-3가 발견될 가능성이 제시되었다. 또한 달 표면에 부는 태양풍으로부터 헬륨-3가 합성되기도 한다.
달 자원 활용 기술
달에서 거주하기 위해서 가장 중요한 것 중 하나는 안정적인 물 공급 수단을 찾는 것이다. 미국항공우주국(NASA)는 2018년 8월, 달의 극지방에서 다량의 얼음을 발견하였다. 따라서 중요한 것은 이 얼음을 잘 추출하여 운반한 후 녹여서 이용하는 것이다. 물의 이용 방도는 무궁무진한데, 기본적인 물 사용부터 물을 전기분해하여 호흡에 필요한 산소를 얻는 방법 등으로 사용될 수 있다. 에어버스는 이 방안을 위해서 문 레이스에 '달에서 물 한 병 담기'를 미션으로 제시하였다.
농작물 재배 기술
영화 '마션'에서처럼 달에서 농작물을 재배하는 기술을 연구하고 있다. 이 기술은 많은 이점을 가져다 줄 수 있는데, 우선 안정적인 식량을 확보해줄 수 있으며, 식물의 광합성 작용으로 인해 이산화탄소를 제거하고 산소를 얻을 수 있다.
달에 식물이 자라는 데에는 많은 장애물들이 있는데, 우선 달에는 강한 방사선이 쬐고 있다. 하지만, 과학자들은 체르노빌 원자력발전소 주변에서 자라는 식물을 조사하여 방사선ㅇ 영향을 적게 받는 식물을 연구하고 있다. 또한, 달에 토양을 운송해야 하는 문제는 수경 재배를 하는 방식을 통해 해결할 것으로 보인다.
애리조나 대학의 환경조절농업센터에는 나사가 지원하여 만든 '실험용 달 농장'(moon-farm chamber)가 있어서 이 기술을 연구하고 있다. 이 '달 온실'에서는 최대한 달과 비슷하게 온도와 습도, 기압 등을 일정하게 유지하여 이곳에서 식물을 키운다. 이 외에도 외부에서 공급된 이산화탄소와 식물이 생산해내는 탄소 유기물, 산소 등이 반응하여 대기 순환 시스템을 형성하는 방안이 연구되고 있다.
필요한 피직스 2019 봄호
작성자: 18-080 유한결
분야: 천문학
참고문헌:
[1]동아사이언스 - 유럽 2024년 문 빌리지 건설 '문레이스' 스타트
http://dl.dongascience.com/magazine/view/S201901N025
[2]Space.com - The Moon Race - Pioneering sustainable lunar expoloration
https://www.space.com/42010-moon-race-lunar-tech-2024-blue-origin-airbus.html
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