이석원 기자
미항공우주국 나사(NASA) 등이 유인 월면 착륙을 목표로 하는 아르테미스 계획을 진행하는 가운데 월면에서 우주비행사 호흡에 필요한 산소를 추출하는 방법이 모색되고 있다. 대기가 거의 없는 달에 그만한 산소가 있냐고 궁금할지 모른다. 하지만 호주 서던크로스대학 존 그랜트 박사는 달 표면에는 지구 전체 인수가 10만 년 살아가기에 충분한 산소가 포함되어 있다고 해설하고 있다.
최근 우주 개발에서 큰 주제가 되고 있는 것 가운데 하나는 현지 자원을 유효 활용하는 ISRU(In-Situ Resource Utilization)를 들 수 있다. 중력에 반하는 우주선을 발사하는 데에는 많은 비용이 들기 때문에 필요한 자원을 모두 지구에서 가져가는 게 아니라 현지 자원을 활용해 발사 중량을 줄이려는 시도다.
ISRU 중에서도 연료와 호흡에 필요한 산소 현지 조달은 중요하다. 이미 나사는 화성탐사선 퍼서비어런스에 탑재한 산소 발생기 목시(MOXIE)를 이용해 화성 대기에 포함된 이산화탄소를 전기 분해해 산소를 생성하는 실험에 성공하고 있다.
또 월면에서 산소를 추출하는 방법도 모색되고 있다. 2020년 1월에는 유럽우주기술연구센터 ESTEC에 전용 실험 시설이 개설됐으며 2021년 10월에는 산소 추출 기술 실증 실험을 실시하는 호주 로버를 월면에 보내기로 나사와 호주우주청이 합의했다.
하지만 산소 농도가 낮다고 해도 풍부한 대기를 갖고 있는 화성에 비해 얇은 달 대기에는 충분한 산소가 포함되어 있지 않다. 따라서 연구자는 달 표면에 퇴적하는 레골리스(Regolith)에 갇혀있는 산소를 추출해 문제를 해결하려 한다.
그랜트 박사는 산소는 주변 땅에 있는 많은 광물에 포함되어 있다면서 실리카와 알루미늄, 철, 산화마그네슘 등 광물이 달 경치 대부분을 차지하고 있다면서 이런 과물은 모두 산소를 포함하고 있지만 우리 폐가 이용할 수 있는 형태는 아니라고 말한다. 달 표면에 레골리스로 존재하는 이들 광물은 실제로 중량 중 45% 가까이가 산소 원자로 구성되어 있다고 한다.
지구상에선 알루미늄 등 제조에 있어서 알루미나로부터 불필요한 산소를 분리하기 위해 용융한 산화알루미늄에 전압을 걸어 산소 원자를 분리하는 전기 분해가 이뤄지고 있다. 이 같은 원리를 이용해 달은 미네달를 전기 분해하고 산소를 주 산물로 추출할 수 있다는 설명이다. 달에선 산소를 분리한 뒤 광물도 잠재적으로 유용한 부산물이 된다.
레골리스에서 전기 분해로 산소를 분리하려면 전용 장비가 필요하며 레골리스를 가열해 액체 상태로 만드는 공정에는 많은 에너지가 필요하다. 2021년 초에는 벨기에 스타트업 스페이스애플리케이션서비스(Space Applications Services)가 산소 추출 절차를 개선하는 실험용 반응로 3대를 건설한다고 발표하고 있으며 이 기술을 유럽우주기관 ESA ISRU 미션 일환으로 2025년까지 월면으로 보내는 것도 계획하고 있다.
실제로 월면 레골리스로부터 산소를 추출할 수 있게 되면 꽤 많은 산소가 손에 들어간다는 주장이다. 1m3당 레골리스는 평균 1.4톤 광물을 함유하고 있으며 이 가운데 630kg을 산소가 차지하고 있다. 1명이 살아남기 위해선 하루 800g 산소가 필요하기 때문에 1m3당 레골리스로부터 산소를 추출할 수 있다면 1명이 2년간 살 수 있다는 계산이다.
더구나 월면 레골리스 평균 심도가 10m이고 이 모든 것으로부터 산소를 추출할 수 있다고 가정하면 지구 전체 인구에 해당하는 80억 명을 10만 년 살리기에 충분한 산소가 손에 들어간다는 것. 그랜트 박사는 이는 산소를 얼마나 효과적으로 추출하고 사용했는지에 달려 있다고 말한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
이원영 기자
정용환 기자
