[더구루=홍성일 기자] 지난주 20일(현지시간) 인류가 달에 발을 딛은지 50년이 되는 날이었다.
지금까지 인류가 유인 우주선을 다른 천체에 보낸 것은 아폴로 프로젝트가 유일했다.
10년 안에 화성에도 인류가 발을 딛게 되겠지만 여전히 그 밖으로 진출하는 것은 요원한 상황이다.
하지만 인류는 포기하지 않고 더 멀리 더 빠르게 이동하는 방법을 찾고 있다.
태양계에서 가장 가까운 별인 '알파 센타우리'에 우주선을 보내려면 현재 기술로는 3만년이라는 시간이 걸린다.
그렇기 때문에 다른 행성계로 여행하기 위해서 수많은 난제들을 해결해야 하지만 무엇보다도 빠르게 이동할 수 있는 방법을 찾아야한다는 것을 부정하는 사람은 없을 것이다.
마블의 영화 '가디언즈 오브 갤럭시'를 봐도 주인공들은 작은 우주선을 타고 별과 별을 뛰어넘으면 자유롭게 우주를 여행한다.
우리 인류에게도 언젠가 그와같은 일들이 벌어질 수도 있을 것이다.
그럼 지금도 연구됐거나 되고 있는 다양한 추진체들에 대해서 정리해봤다.
◇아폴로 달 착륙 100년 되는 2069년, 알파 센타우리로
2016년 4월 영국의 이론물리학자인 스티븐 호킹은 "태양풍과 지상에서 쏘는 레이저 광선을 이용해 초소형 우주선을 추진하면 광속의 최대 20%까지 가속할 수 있다. 기술이 개발이 완료되면 20년이면 갈 수 있다"고 밝히며 세상에 알려진 프로젝트가 있다.
바로 '스타샷 프로젝트'다.
스타샷 프로젝트의 우주선의 추진력은 지구에서 발사하는 고출력의 레이저다.
레이저를 우주선의 돛에 발사해 광자들과 충돌시켜 우주선을 가속시키는 것이다.
이론상 100일을 지속적으로 가속하게 되면 빛의 50% 수준에도 도달할 수 있는 것으로 알려졌다.
이와 비슷한 모양을 한 우주선이 바로 우주 범섬이라고 불리는 '솔라 세일'이다.
솔라 세일은 태양의 빛을 이용한다는 차이가 있다. 하지만 빛의 광자를 이용한 가속이라는 것에서 비슷한 방식이라고 할 수 있다.
돛을 이용한 추진체에는 일렉트릭 세일(Electric Sail)이라는 방식도 있다.
이 방식은 금속 와이어를 이용해 전기장을 이용한 눈에 보이지 않는 '돛'을 만들어 태양풍 속 양성자를 받아 추진하는 방식이다.
◇이온엔진, 핵추진 로켓, 워프
외부에 에너지가 아닌 자체적인 추진력을 이용해 화학로켓보다 더 빠르게 움직이는 추진체 기술이 연구 중에 있다.
특히 이온추진 엔진에 대한 연구가 활발하게 진행중이며 실제로 우주 비행에도 사용된 바 있는 기술이다.
2003년 일본의 소행성 탐사선인 하야부사가 4개의 이온엔진을 장착하고 출발해 7년만에 소행성 샘플을 들고 돌아온바 있다.
이온추진 엔진은 아르곤이나 제논 등의 추진체를 이온화해 자기력으로 이용해 분산해 추진력을 얻는다.
이온엔진의 장점은 무엇보다도 화학엔진을 압도하는 연비에 있다.
2013년 미 항공우주국(NASA)은 이온추진엔진을 중단없이 4만 8000시간, 5년 반동안 연속으로 가동하는 기록을 세웠다.
이 기간동안 소모한 엔진은 870kg에 불과했다.
하지만 단점도 존재한다. 연비는 좋으나 힘이 약하다. 그것도 너무 약하다.
이온엔진의 추력은 종이 한 장 떨어질때의 힘만도 못하다는 표현이 있을 정도다.
그렇기 때문에 대기권을 벗어나는 일은 어불성설이며 대기권 밖에서 작동할 수 있는 방법이 있다면 이용할 방법이 많을 것이다.
현재 개발된 이온엔진 중 NASA의 차세대 이온엔진 '바시미르'가 초속 50km를 낼 수 있는 것으로 알려졌다.
태양계 밖으로 여행하고 있는 보이저 1호의 속도가 초속 17km인데 그보다 3배의 속도를 내는 것이다.
핵추진 로켓은 원자로의 열로 기체를 데워 팽창하는 힘으로 추진하는 열핵추진과 핵폭발의 반동으로 추진하는 핵 펄스 추진 엔진이 있다.
핵추진 로켓은 이론상 광속에 12%, 초속 3만6000km의 속도를 낼 수 있다.
이에 1970년대 초반까지만해도 활발하게 연구됐지만 발사 중 폭발로 지구에 심대한 위기를 초래할 수 있기 때문에 핵 확산 금지을 통해 모든 계획이 폐기처분됐다.
지금까지는 광속을 뛰어넘지 못하는 엔진이었다면 지금부터 얘기할 광속을 뛰어넘는 속도를 낼 수 있는 추진방식들에 대한 얘기다.
질량이 있는 물질은 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 증명했듯이 광속을 뛰어넘을 수 없다.
그렇기 때문에 인류가 만드는 우주선은 광속을 뛰어넘을 수 없다.
하지만 과학자들은 다양한 상상을 통해 물리 법칙을 뛰어넘지 않으며 광속을 뛰어넘을 수 있는 방법을 찾았다.
그 중에 하나가 웜홀이다.
영화 인터스텔라에서 주인공들이 통과하는 검은 구멍이 바로 웜홀이다.
원리는 간단하다.
A4용지가 있다고 가정하자. 그리고 왼쪽 하단 가장자리에 점을 찍고 A, 오른쪽 상단 가장자리에 점을 찍고 B라고 가정하면 한 점에서 한점으로 이동하려면 중간에 있는 하얀색 공간을 지나야만 한다.
거리가 멀다는 것이다.
하지만 종이를 접어 점과 점이 만나게 해서 구멍을 뚫는다면 거리 자체가 단축돼 빠르게 이동할 수 있다.
워프 항법도 대표적인 방식이다.
워프 항법은 이론적으로 가능한 것으로 확인됐다.
특히 맥시코의 과학자 알쿠비에레가 제안한 알쿠비에레 드라이브다.
중력거품을 생성해 우주선의 뒤쪽 공간은 시공간은 팽창시키고 앞쪽 공간은 수축시킨다.
이렇게 되면 팽창한 시공간은 우주선을 밀어내고 수축된 시공간은 끌어당기게 된다. 이는 공간 자체를 초광속으로 이동시키는 것으로 아인슈타인의 물리법칙에도 위배되지 않는다.
하지만 최근 연구에서 현실화되기 힘든 문제점들이 제기되고 있어 현실화되기에는 많은 시간이 걸릴 것으로 보인다.
지금 이 시간에도 기술의 발전을 계속되고 있다.
언젠가 인류가 태양계를 넘어 알파 센타우리, 또 그 너머의 우주까지 탐험하는 날이 오길 기대해본다.
