우주 자원 채굴 시대는 열릴 것인가

우주 탐사라는 새로운 시대는 달과 소행성 자원 채굴이라는 매력적인 기대감을 포함해 새로운 가능성을 말해주고 있다. 큰 이익을 기대할 만한 얘기지만 실제로는 우주 자원 채굴이라는 건 완전히 미지의 영역이다. 원래 이런 자원을 채굴할 가치가 있는지 판단하려면 아직 많은 탐사가 필요하다. 앞으로 10년간 미항공우주국 나사(NASA)와 협력하는 기업은 다시 달에 눈을 돌리게 될 것이다.

나사는 현재 진행 중인 아르테미스 계획 일환으로 2025년 우주비행사의 달 착륙을 목표로 하고 있다. 우주비행사가 달에 착륙하는 건 1972년 아폴로 계획 이후 처음이다. 이 새로운 우주 탐사 시대는 우주에서 인류의 존재와 경제에 대한 새로운 시대 도래를 알리는 듯하다. 지구에서 로켓으로 자원을 발사하는 게 아니라 우주에 있는 자원 채굴에 의해 연료가 공급될지도 모른다.

달에는 음료수로 재활용할 수 있는 수빙이 있을 것이다. 소행성에는 지구상에서도 팔리는 귀금속이 가득 채워져 있다. 하지만 인류는 이런 가능성을 쫓기 시작했고 우주에서의 채굴은 미지의 영역이다. 우주에는 인류가 어둠 속에서 탐험하고 일하면서 살아가고 경제를 번영시키는데 필요한 자원이 있다. 달에는 대규모 얼음 저류층이 있어 채굴에 의해 음료수나 거주용 산소로 공급할 수 있다. 또 달 표면에서 로켓을 발사하는 연료 제조에도 사용할 수 있다. 반면 헬륨3과 희토류 원소, 더 먼지가 많은 레고리스도 있기 때문에 이것도 고려해야 한다.

소행성은 백금 같은 소중한 원소 농축원이다. 이들을 채굴해 지구로 보내면 지구상에 유통될 가능성도 있다. 이런 가능성과 동시에 우주기관과 민간 기업은 모두 우주에서의 생활 가능성을 모색해 이게 인류를 진보시키는 실행 가능한 기회라고 생각하는 듯하다.

우주기관과 민간 기업은 우주 채굴에 관해 초기 단계 구상을 반영하기 시작했지만 당분간 대략적 계획으로 취급될 것이다. 지구상에서 뭔가 발사하는 비용은 여전히 놀라운 자금이 필요하다. 달이나 소행성에서의 자원 채굴이 가능하다면 우주에서의 장기 이주 계획을 진행하는데 있어 상당한 지름길이 될 가능성이 있다.

실제로 계획을 진행하고 채굴을 시작하기 전 국가나 기업이 할 일은 많이 남아 있다. 예를 들어 다양한 자원을 채굴하는 것과 관련한 비용 분석이 필요하다. 우주에서의 자원 처리와 가공 또는 지구로의 운송 이게 경제적으로 실행 가능한지 판단도 필요하다. 이들은 적어도 당분간 실행으로 옮기기에는 무리가 있다고 보여진다. 우주라는 가혹한 환경에서 자원을 채취하기 위해선 수십 년에 걸친 개념 실증이 필요하며 이는 악몽이라고 해도 좋을 것이다.

그럼에도 불구하고 우주 자원 채굴 가능성을 보여주는 연구는 수십 년간 진행되어 왔으며 이는 모두 아폴로 계획 시대부터 시작됐다. 한 전문가는 공상과학 수준 얘기가 아닌 달 자원에 대해 진지하게 논의된 첫 회의는 1962년 11월이었다고 말한다. 나사는 당시 아폴로 계획을 세웠고 우주비행사에게는 안정적인 산소 공급이 필요하다고 인식하고 달 표면에서 직접 산소를 채취하는 게 검토됐다고 한다. 또 인류가 달에 있었던 건 단지 몇 시간, 며칠이었기 때문에 이런 상황은 되지 않았지만 달에서 직접 자원이 필요하다는 인식은 존재하고 있었다. 지구에서 뭔가를 발사하려면 높은 비용과 에너지가 필요하기 때문이다.

나사에선 채굴이라는 단어는 우주에서의 자원 채취와 이용을 포괄적으로 표현하는 말로 사용되지 않는다. 대신 현지에 있는 자원 이용(ISRU. in-situ resource utilization)이라는 표현을 이용한다. 이 말은 달 표면에서 자원을 채굴하는 과정 뿐 아니라 이 원료를 이용해 새로운 제품을 생산하는 걸 의미한다.

예를 들어 얼음으로 생각해보면 달 영구 그림자 영역에선 토양에 얼어붙은 물이 있다고 한다. 머지않은 미래에 달 표면에 내린 우주비행사가 이런 물 저류층을 채굴해 얼음을 녹여 음용수로 보급하게 될 것이다.

이 물은 달 표면에서 산소나 수소로 분해되어 거주지나 기지에 호흡 가능한 공기로 공급되거나 로켓 연료나 추진제 합성에 사용되는 등 가능성을 갖고 있다. 한 연구자는 ISRU는 뭔가를 채굴하고 지구로 가져오는 걸 의미한다며 한편 이는 달에서의 활동을 용이하게 하는 인프라 구축 등을 의미할 수도 있다고 말한다. 우주비행사는 ISRU를 한 걸음 더 나아가 달 토양에서 금속을 채취하고 거주지나 발사 설비 등 인프라 구축도 할 수 있을지 모른다.

나사 관계자는 달 토양에는 알루미늄, 철, 티타늄, 실리콘 등이 포함되어 있다고 말한다. 또 이런 금속은 레고리스로부터 가공되어 더 순도가 높은 형태로 단조되어 설비 건설에 사용될 가능성도 있다고 한다. 레고리스는 토양 내 규산염 광물 내에 원소가 갇혀 있기 때문에 산소 공급원으로도 기대된다고 한다. 모든 레고리스에는 질량 대비 42∼44% 산소가 포함되어 있다. 다시 말해 레고리스 처리로 대량 산소를 얻을 수 있다고 한다.

2025년 아르테미스3호가 발사될 때까지 우주비행사가 달에 내려가지 않았다. 하지만 나사는 이미 ISRU 운영 초기 계획을 세웠다고 한다. 나사 측은 달 표면에 존재하는 물을 탐험하는 미션인 루나 트레일블레이저(Lunar Trailblazer)도 준비 중이다. 루나 트레일블레이저 위성은 궤도 위에서 적외선 분광계를 이용해 달 표면 수빙을 탐험하는 것이다. 적외선은 물에 흡수되기 때문에 과학자는 탐사기로부터의 측정치를 이용해 얼음 분포나 그 층 크기 등을 특정할 수 있다고 한다. 한편 마찬가지로 달 표면 물 탐색을 목적으로 하는 나사 탐사기인 바이퍼(VIPER) 미션에선 달 표면을 굴착해 수빙을 직접 찾아 분석한다. 루나 트레일블레이저와 바이퍼는 각각 2024년 초와 후반 발사 예정이다. 첫 탐사 미션이 완료되면 수십 년 뒤에는 ISRU 운용은 더 대규모가 될 것으로 보인다. 이렇게 되면 굴착을 반복해 특정 플랜트로 자원을 운송하는 기계도 개발하게 될 수 있다. 이어 우주에서 모든 사람은 전력, 통신, 운송을 필요로 한다. 다시 말해 이런 모든 인프라가 현지에 존재한다는 걸 의미한다.

나사는 ISRU 가능성을 탐구하기 위해 임무를 계획하고 있지만 동시에 민간 기업도 몇 가지 계획을 보여준다. 나사는 지금까지도 우주 개발에 있어 민간 기업 등과 협력이나 때론 업무 위탁도 해왔다. 예를 들어 스페이스X 로켓은 정부기관 페이로드를 궤도에 전달하거나 엑시엄스페이스는 아르테미스 계획을 위한 새로운 우주복을 설계한다.

나사는 우주 개발 기업이 따라야 할 특정 개발 프레임워크와 출발점도 설정했다. 하지만ISRU에 관해선 전혀 알려지지 않았다. 민간 우주 산업 역시 먼저 달에서의 채굴이 물류상 가능한지부터 판단할 필요가 있다. 나사의 목표를 달성하려면 민관 협력과 상업적 관여가 점차 중요해지고 있다. ISRU를 완전히 상업화하기 전에 나사와 산업계가 파산하지 않고 충분히 안심하고 일을 맡을 수 있도록 전체 기술 포트폴리오를 끌어오릴는 기본적인 자원이 필요하다고 말한다.

달 표면은 물과 산소 그리고 알루미늄과 철 같은 더 일반적인 금속 공급원이 될 수 있다. 한편 소행성은 소중한 원소 원천이 될 수 있다. 예를 들어 백금과 니켈은 금속 소행성 중심에 집중되어 있다. 소행성이 성장하면서 중력이 증가하고 밀도가 높은 원소가 소행성으로 끌어 들여진다고 한다. 이들이 채굴되면 이런 금속은 지구로 옮겨져 다양한 산업에 팔릴 것이다. 이를 염두에 두고 생각하면 소행성은 자원 채굴에 매력적으로 보이지만 나사는 아직 현 시점에선 소행성은 시야에 넣을 계획은 없다고 한다.

나사는 현재 달에 초점을 맞추고 있다. 달은 단기 투자 수익률이 높다고 생각되기 때문이다. 정부 기관은 달에 주력하고 있지만 일부 민간 우주 기업은 달보다 소행성을 지지한다. 캘리포니아에 위치한 민간 기업인 아스트로포지(AstroForge)는 소행성 채굴을 주요 사업으로 하고 있으며 2022년 1,300만 달러 자금을 조달했다. 보도에 따르면 이 기업은 소행성에 착륙해 직접 굴착하는 게 아니라 직경 20∼1,500m 소행성을 우주에서 흩어져 채굴하는 방법을 계획하고 있다고 한다. 백금속 원소는 모든 면에서 사용된다. 자동차 배기가스를 줄이고 화학요법제와 일반 가정 전자기기에 모두 포함되어 있다.

지난 1월 아스트로포지는 2023년 예정된 2가지 발사 계획을 발표했다. 아스트로포지는 4월 자사의 궤도상 추출 기술을 검증하기 위해 오브아스트로(OrbAstro)와 협력해 모의 소행성이 되는 샘플을 사전에 장전한 로켓을 발사할 예정이었다. 이 미션(Brokkr-1)은 발사에 성공했다고 한다. 현재 또 다른 미션이 10월 예정되어 있으며 다른 기업(OrbAstro, Intuitive Machines, Dawn Aerospace)과 제휴해 심우주 소행성을 관측할 예정이라고 한다.

그런데 결국 우주 자원 채굴에는 필요한 투자에 맞는 가치가 있을까. 대답은 예라고 할 수 있지만 고려해야 할 요소가 있다. 달에는 장기 거주를 허용하는 자원이 있으며 소행성에는 지구상에서 널리 필요한 귀금속이 풍부하다. 하지만 이런 상품 시장이 없으면 우주 자원 채굴 산업은 번영하지 않는다. 예를 들어 달에 정착하기 위해 달 레고리스에서 가공된 산소를 구입하려고 하는 국가가 있다면 레고리스를 채굴하는 수요가 촉진될 것이다.

동시에 우주 자원 채굴에 관심이 있는 기관과 기업은 관련 자원 기본 비용과 수익을 분석하게 된다. 자원을 얻기가 어렵거나 고객을 잡는데 어려움을 겪거나 이런 경우 비즈니스는 성공하지 못한다. 이런 관점에서 자원 탐사나 검증 등이 지구상에서 어떻게 이뤄지는지에 대해선 표준 절차가 존재한다. 뭔가를 찾아서 이를 추출해 사용하는 게 경제적으로 실행 가능한지 여부를 판단한다는 것이다. 뭔가 좋은 원천을 발견했다고 해서 여기에서 뭐가를 실제로 손에 넣는다는 건 어려운 경우도 있다. 이런 일이 달에도 적용된다고 할 수 있다.

우주 채굴자가 자원을 경제적으로 봐도 문제없다고 판단하고 고객도 기꺼이 지불한다고 가정해보자. 그렇다면 당연히 우주 자원 채굴 산업은 확립하고 심지어 확대해나갈 것이다. 이런 확대는 추가 경제 확대에 파급된다. 이 산업에선 전력, 채굴 설비, 배송, 인원 등 필요한 게 있지만 모두 다른 기업에 의해 제공되기도 한다.

마치 미국에서 벌어졌던 골드러시를 예로 들 수 있다. 1800년 사람들이 금을 찾아 서쪽으로 채굴하러 왔을 당시 광산 노동자에 대해 삽이나 도끼 등을 팔아 돈을 번 이들이 있었다. 달 토양에서 로켓 연료를 만들거나 소행성에서 채취한 백금을 판매하거나 이런 구상은 꿈 같은 얘기이고 실현 가능하다고는 생각되지 않는다. 하지만 극히 작은 규모라도 살아 생전에 우주 자원 채굴은 거의 확실하게 이뤄질 것이라고 생각할 수 있다.

우주에는 큰 금전적인 인센티브를 가진 자원이 있다는 걸 나타내고 있지만 현재 이 자원 채굴에 의한 경제는 구체화되어 있지 않다고 할 수 있다. 그래도 문명은 인류 탄생 이후 이 땅에 뿌리를 두고 성장해왔다. 장기적인 우주 거주와 우주 탐사를 목표로 한다면 달과 소행성을 이용하는 것도 여기에 뿌리를 두고 생활을 목표로 해야 할 것이다.