[별소리 다 듣겠네!] 과시 아닌 부가가치…'스페이스 러시' 시대 돌입!
2023년 08월 07일 오전 09:00
[ 앵커 ]
20세기 중반, 인공위성을 띄우고 달 탐사선을 쏘면서 본격화된 우주경쟁은 한 나라의 과학과 경제적 역량을 과시하는 국제 정치적 목적이 컸죠.
하지만 이제는 우주개발이 더 이상 과시나 상징이 아닌 경제적 부가가치를 창출하기 위한 무대로 급속히 바뀌어 가고 있습니다.
19세기 금맥을 좇아 미국 서부로 돌진했던 골드러시가 있었다면, 이제는 더 크고 풍부한 우주의 가치를 좇는 스페이스러시가 시작됐는데요.
오늘 '별소리 다 듣겠네!'에서 그 변화의 현장을 가보겠습니다.
[김성수 / 경희대 우주탐사학과 교수]
안녕하세요. 스물여섯 번째 별소리를 전해드리게 된 김성수입니다. 뉴스페이스 시대인 만큼 우주탐사는 이제 하나의 산업이자 경제가 되고 있는데요, 오늘은 이러한 우주탐사 경제에 관련된 별소리를 전해드리겠습니다.
Q. 우주 탐사가 다시 주목받는 이유는?!
[김성수 / 경희대 우주탐사학과 교수]
네, 먼저 2010년대 중반부터 스페이스X사가 상대적으로 낮은 비용을 강점으로 내세워 우주 발사 서비스 시장에 뛰어들면서, 민간 업체도 위성 외의 우주탐사 관련 사업으로 생존이 가능할뿐더러 이익을 낼 수 있다는 것을 보여주었기 때문인데요, 현재는 많은 민간 기업들이 유인 우주선 및 달 착륙선, 월면 로버, 심지어는 우주정거장 제작에 참여하고 있죠.
스페이스X는 경쟁 업체에 비해 많게는 1/10 정도까지 낮은 비용으로 우주 발사 서비스를 제공하고 있는데 이것이 가능한 이유는 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 먼저 첫 번째, 1단 로켓의 수직 착륙을 통한 재사용과 두 번째, 1단과 2단 및 부스터에 모두 같은 엔진과 관련 부품들을 쓰는 점 때문입니다.
Q. 그렇다면 달에 숨겨진 우주 경제학은?!
[김성수 / 경희대 우주탐사학과 교수]
네, 달에는 헬륨-3 라는 자원이 풍부한 것으로 알려져 있는데요, 이 헬륨3 는 미래 핵융합발전 연료의 하나로 고려되고 있습니다. 핵융합은 수소나 헬륨 같은 가벼운 원소를 높은 온도에서 융합시켜 더 무거운 원소로 바꾸면서 그때 나오는 막대한 에너지로 발전하는 것인데, 현재 해당 기술이 완성되지는 않았습니다.
여기서 가장 반응률이 높은 융합은 크게 세 가지 순서로 나눌 수 있는데요, 먼저 첫 번째 중수소와 3중수소의 융합, 두 번째로는 중수소와 중수소의 융합, 세 번째는 중수소와 헬륨3의 융합이 있습니다.
그런데 이 중 3중수소는 방사능 물질이고 중수소와 중수소의 융합도 3중수소를 만들어냅니다. 게다가 첫 번째 두 번째 반응에서는 중성자가 생성되는데, 중성자 자체는 방사능 물질이 아니지만 다른 물질에 충돌하여 그 물질을 방사능 물질로 바꿀 수 있죠.
때문에 1번과 2번 반응은 방사능 물질의 차폐와 처리에 따른 사회적, 경제적 문제가 있습니다. 이에 반해 3번 반응은 반응률이 낮아서 더 높은 온도를 필요로 하지만 방사능 문제가 적은 이점이 있습니다. 3번 반응을 통한 핵융합 발전이 가능해지는 날이 오면 많은 양의 헬륨3를 필요하게 되겠죠.
달 표면에서 헬륨3의 추출 및 정제 비용은 아직 추측하기 힘들지만 달 표면에서 지구까지 화물을 갖고 오는 비용은 kg당 수천 달러 정도 될 것으로 추산되는데, 헬륨3의 현재 가격이 $20,000,000인 것을 감안하면 운송 비용은 상당히 저렴한 편인데요, 따라서 월면에서의 헬륨3 채굴 및 정제 기술만 확보된다면 달에 있는 헬륨3는 상당한 가치가 있는 자원이 될 것입니다.
또, 달에 있는 얼음도 아주 중요한 자원이 될 텐데요, 지구에서라면 리튬-이온 전지 등과 같은 2차 전지를 이용하면 되겠지만, 무게가 많이 나가기 때문에 달까지 가져가는 것은 비효율적인 거죠. 그래서 달에서 구한 물질을 이용해 에너지를 저장하는 것이 가장 효율적인데요, 이때 달에서 구한 얼음을 녹여 얻은 묻을 낮 동안에 태양전지를 통해 전기분해하여 수소와 산소로 분리 저장한 후, 밤 동안에 수소연료전지를 통해 이들을 물로 합성하여 전기를 얻을 수 있는 것입니다.
또한, 저장된 수소와 산소는 지구 궤도로 운반되어 지구 표면에서 발사된 우주선의 연료로도 쓰일 수 있습니다. 중력이 상대적으로 큰 지구 표면에서 우주선에 필요한 모든 연료를 싣고 궤도로 올라가는 것보다 달에서 가져온 연료를 지구 궤도에서 넘겨받는 것이 훨씬 경제적이기 때문이죠.
Q. 우주 탐사 경제 중 하나! 우주 급유 시대의 시작? 우주 급유란?!
[김성수 / 경희대 우주탐사학과 교수]
네, 말 그대로 지상도, 공중도 아닌 바로 우주에서 로켓이나 우주선, 위성 등이 추진제를 공급받는 것을 말합니다. 지상에서 발사되어 지구 궤도로 진입하거나 지구 중력장을 빠져나가는 로켓은, 자기 무게의 90%를 추진제가 차지하는데요, 즉 연료와 산화제 무게가 차지한다는 거죠, 이 추진제의 대부분은 지구 표면에서 수백 km 고도의 저궤도에 이르는 동안에 쓰게 됩니다.
따라서 달이나 화성과 같은 먼 곳까지 가야 하는 로켓의 경우, 지상에서 발사되어 지구 저궤도에 진입했을 때에는 추진제가 얼마 남지 않은 상황이 되며, 그 상태로 달이나 화성까지 가면 넉넉지 않은 추진제로 인해 탐사활동에 큰 제약이 생깁니다. 그러니, 이 로켓이 지구 궤도에서 추진제를 재급유받은 후 달이나 화성으로 향한다면 그곳에서 훨씬 더 많은 일을 할 수 있겠죠.
이러한 우주 급유는 스페이스X가 스타쉽 로켓의 개발을 통해 수년 내에 시도하려 하고 있고, 향후 이러한 우주 급유는 달 궤도나 화성 궤도에서도 일어날 것으로 예측됩니다.
Q. 미래 궤도 운송 수단으로 고려 중인 사항은?!
[김성수 / 경희대 우주탐사학과 교수]
네, 현재 우주 엘리베이터를 만드는 것이 주목받고 있는 사업 중 하난데요, 이 우주 엘리베이터는 정지궤도 고도에서부터 위아래로 케이블을 뻗게 하여 케이블의 아래쪽 끝이 지표면 근처까지 닿는 구조를 가지는 상승/하강 장치입니다. 화물칸이 케이블에 매달린 채로 위아래로 움직여 사람이나 화물을 운반하게 됩니다. 따라서 우주 엘리베이터는 탑같이 지상으로부터 쌓아 올라가는 것이 아니라 지구 자전 속도와 같은 속도로 공전하고 있는 인공위성인 셈이죠.
우주 엘리베이터를 만드는 이유는 저렴한 운송 비용 때문인데요, 궤도에 올라간다는 것은 단순히 목표 고도까지 올라가는 것뿐만 아니라 그 고도를 유지하기 위해 원 궤도 속도를 얻는다는 것을 뜻합니다. 그런데 예를 들어 만약 200km 고도의 궤도에 올라가는 경우, 그 고도에서 올라는 것보다 그 고도에서의 원 궤도 속도를 얻는데 15배나 더 많은 에너지가 필요합니다.
이에 반해 우주 엘리베이터의 경우 화물칸이 케이블을 붙잡고 올라가면서 자연스럽게 수평 방향의 속도를 얻게 되어 23,000km만 올라가면 궤도 운동이 가능해집니다. 따라서 미래에 우주 엘리베이터가 건설될 경우 궤도 진입 비용이 현재보다도 훨씬 더 저렴해질 것으로 예상됩니다.
과거에 우주탐사가 강대국들의 세력 경쟁을 위한 무대였다면, 앞으로 우주탐사는 새로운 사업 영역의 하나가 될 것입니다. 우리가 70년대부터 화학공업, 가전, 반도체, 자동차, 조선 등의 영역에서 실력을 발휘하여 이만큼 경제가 성장하고 사회가 발전했다면, 앞으로는 우주가 그런 주요 사업 영역 중 하나가 되어야 할 것입니다.
새로운 거대 시장에서 뒤처지지 않으려면, 우리나라도 국민과 정부와 기업들이 모두 큰 관심을 가지고 적극적으로 뛰어들어야 할 시장이라고 생각합니다.
많은 분들이 우주산업에 지금보다 더 많은 관심을 가져주시기 바라면서 이상 오늘의 별소리를 마치겠습니다.
YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)
20세기 중반, 인공위성을 띄우고 달 탐사선을 쏘면서 본격화된 우주경쟁은 한 나라의 과학과 경제적 역량을 과시하는 국제 정치적 목적이 컸죠.
하지만 이제는 우주개발이 더 이상 과시나 상징이 아닌 경제적 부가가치를 창출하기 위한 무대로 급속히 바뀌어 가고 있습니다.
19세기 금맥을 좇아 미국 서부로 돌진했던 골드러시가 있었다면, 이제는 더 크고 풍부한 우주의 가치를 좇는 스페이스러시가 시작됐는데요.
오늘 '별소리 다 듣겠네!'에서 그 변화의 현장을 가보겠습니다.
[김성수 / 경희대 우주탐사학과 교수]
안녕하세요. 스물여섯 번째 별소리를 전해드리게 된 김성수입니다. 뉴스페이스 시대인 만큼 우주탐사는 이제 하나의 산업이자 경제가 되고 있는데요, 오늘은 이러한 우주탐사 경제에 관련된 별소리를 전해드리겠습니다.
Q. 우주 탐사가 다시 주목받는 이유는?!
[김성수 / 경희대 우주탐사학과 교수]
네, 먼저 2010년대 중반부터 스페이스X사가 상대적으로 낮은 비용을 강점으로 내세워 우주 발사 서비스 시장에 뛰어들면서, 민간 업체도 위성 외의 우주탐사 관련 사업으로 생존이 가능할뿐더러 이익을 낼 수 있다는 것을 보여주었기 때문인데요, 현재는 많은 민간 기업들이 유인 우주선 및 달 착륙선, 월면 로버, 심지어는 우주정거장 제작에 참여하고 있죠.
스페이스X는 경쟁 업체에 비해 많게는 1/10 정도까지 낮은 비용으로 우주 발사 서비스를 제공하고 있는데 이것이 가능한 이유는 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 먼저 첫 번째, 1단 로켓의 수직 착륙을 통한 재사용과 두 번째, 1단과 2단 및 부스터에 모두 같은 엔진과 관련 부품들을 쓰는 점 때문입니다.
Q. 그렇다면 달에 숨겨진 우주 경제학은?!
[김성수 / 경희대 우주탐사학과 교수]
네, 달에는 헬륨-3 라는 자원이 풍부한 것으로 알려져 있는데요, 이 헬륨3 는 미래 핵융합발전 연료의 하나로 고려되고 있습니다. 핵융합은 수소나 헬륨 같은 가벼운 원소를 높은 온도에서 융합시켜 더 무거운 원소로 바꾸면서 그때 나오는 막대한 에너지로 발전하는 것인데, 현재 해당 기술이 완성되지는 않았습니다.
여기서 가장 반응률이 높은 융합은 크게 세 가지 순서로 나눌 수 있는데요, 먼저 첫 번째 중수소와 3중수소의 융합, 두 번째로는 중수소와 중수소의 융합, 세 번째는 중수소와 헬륨3의 융합이 있습니다.
그런데 이 중 3중수소는 방사능 물질이고 중수소와 중수소의 융합도 3중수소를 만들어냅니다. 게다가 첫 번째 두 번째 반응에서는 중성자가 생성되는데, 중성자 자체는 방사능 물질이 아니지만 다른 물질에 충돌하여 그 물질을 방사능 물질로 바꿀 수 있죠.
때문에 1번과 2번 반응은 방사능 물질의 차폐와 처리에 따른 사회적, 경제적 문제가 있습니다. 이에 반해 3번 반응은 반응률이 낮아서 더 높은 온도를 필요로 하지만 방사능 문제가 적은 이점이 있습니다. 3번 반응을 통한 핵융합 발전이 가능해지는 날이 오면 많은 양의 헬륨3를 필요하게 되겠죠.
달 표면에서 헬륨3의 추출 및 정제 비용은 아직 추측하기 힘들지만 달 표면에서 지구까지 화물을 갖고 오는 비용은 kg당 수천 달러 정도 될 것으로 추산되는데, 헬륨3의 현재 가격이 $20,000,000인 것을 감안하면 운송 비용은 상당히 저렴한 편인데요, 따라서 월면에서의 헬륨3 채굴 및 정제 기술만 확보된다면 달에 있는 헬륨3는 상당한 가치가 있는 자원이 될 것입니다.
또, 달에 있는 얼음도 아주 중요한 자원이 될 텐데요, 지구에서라면 리튬-이온 전지 등과 같은 2차 전지를 이용하면 되겠지만, 무게가 많이 나가기 때문에 달까지 가져가는 것은 비효율적인 거죠. 그래서 달에서 구한 물질을 이용해 에너지를 저장하는 것이 가장 효율적인데요, 이때 달에서 구한 얼음을 녹여 얻은 묻을 낮 동안에 태양전지를 통해 전기분해하여 수소와 산소로 분리 저장한 후, 밤 동안에 수소연료전지를 통해 이들을 물로 합성하여 전기를 얻을 수 있는 것입니다.
또한, 저장된 수소와 산소는 지구 궤도로 운반되어 지구 표면에서 발사된 우주선의 연료로도 쓰일 수 있습니다. 중력이 상대적으로 큰 지구 표면에서 우주선에 필요한 모든 연료를 싣고 궤도로 올라가는 것보다 달에서 가져온 연료를 지구 궤도에서 넘겨받는 것이 훨씬 경제적이기 때문이죠.
Q. 우주 탐사 경제 중 하나! 우주 급유 시대의 시작? 우주 급유란?!
[김성수 / 경희대 우주탐사학과 교수]
네, 말 그대로 지상도, 공중도 아닌 바로 우주에서 로켓이나 우주선, 위성 등이 추진제를 공급받는 것을 말합니다. 지상에서 발사되어 지구 궤도로 진입하거나 지구 중력장을 빠져나가는 로켓은, 자기 무게의 90%를 추진제가 차지하는데요, 즉 연료와 산화제 무게가 차지한다는 거죠, 이 추진제의 대부분은 지구 표면에서 수백 km 고도의 저궤도에 이르는 동안에 쓰게 됩니다.
따라서 달이나 화성과 같은 먼 곳까지 가야 하는 로켓의 경우, 지상에서 발사되어 지구 저궤도에 진입했을 때에는 추진제가 얼마 남지 않은 상황이 되며, 그 상태로 달이나 화성까지 가면 넉넉지 않은 추진제로 인해 탐사활동에 큰 제약이 생깁니다. 그러니, 이 로켓이 지구 궤도에서 추진제를 재급유받은 후 달이나 화성으로 향한다면 그곳에서 훨씬 더 많은 일을 할 수 있겠죠.
이러한 우주 급유는 스페이스X가 스타쉽 로켓의 개발을 통해 수년 내에 시도하려 하고 있고, 향후 이러한 우주 급유는 달 궤도나 화성 궤도에서도 일어날 것으로 예측됩니다.
Q. 미래 궤도 운송 수단으로 고려 중인 사항은?!
[김성수 / 경희대 우주탐사학과 교수]
네, 현재 우주 엘리베이터를 만드는 것이 주목받고 있는 사업 중 하난데요, 이 우주 엘리베이터는 정지궤도 고도에서부터 위아래로 케이블을 뻗게 하여 케이블의 아래쪽 끝이 지표면 근처까지 닿는 구조를 가지는 상승/하강 장치입니다. 화물칸이 케이블에 매달린 채로 위아래로 움직여 사람이나 화물을 운반하게 됩니다. 따라서 우주 엘리베이터는 탑같이 지상으로부터 쌓아 올라가는 것이 아니라 지구 자전 속도와 같은 속도로 공전하고 있는 인공위성인 셈이죠.
우주 엘리베이터를 만드는 이유는 저렴한 운송 비용 때문인데요, 궤도에 올라간다는 것은 단순히 목표 고도까지 올라가는 것뿐만 아니라 그 고도를 유지하기 위해 원 궤도 속도를 얻는다는 것을 뜻합니다. 그런데 예를 들어 만약 200km 고도의 궤도에 올라가는 경우, 그 고도에서 올라는 것보다 그 고도에서의 원 궤도 속도를 얻는데 15배나 더 많은 에너지가 필요합니다.
이에 반해 우주 엘리베이터의 경우 화물칸이 케이블을 붙잡고 올라가면서 자연스럽게 수평 방향의 속도를 얻게 되어 23,000km만 올라가면 궤도 운동이 가능해집니다. 따라서 미래에 우주 엘리베이터가 건설될 경우 궤도 진입 비용이 현재보다도 훨씬 더 저렴해질 것으로 예상됩니다.
과거에 우주탐사가 강대국들의 세력 경쟁을 위한 무대였다면, 앞으로 우주탐사는 새로운 사업 영역의 하나가 될 것입니다. 우리가 70년대부터 화학공업, 가전, 반도체, 자동차, 조선 등의 영역에서 실력을 발휘하여 이만큼 경제가 성장하고 사회가 발전했다면, 앞으로는 우주가 그런 주요 사업 영역 중 하나가 되어야 할 것입니다.
새로운 거대 시장에서 뒤처지지 않으려면, 우리나라도 국민과 정부와 기업들이 모두 큰 관심을 가지고 적극적으로 뛰어들어야 할 시장이라고 생각합니다.
많은 분들이 우주산업에 지금보다 더 많은 관심을 가져주시기 바라면서 이상 오늘의 별소리를 마치겠습니다.
YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)
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