[우주과학] 인류는 어떻게 달로 돌아갈 것인가 : 달 탐사의 미래

앞으로 몇 년 동안 달 탐사선이 폭발적으로 증가할 것입니다. 그러나 그들이 그곳에 도착했을 때 무엇을 찾을 것입니까?

거의 40년 동안 우리의 가장 가까운 우주 이웃인 달은 우리가 태양계의 다른 곳을 바라보면서 홀로 남겨졌습니다. 2013년 중국의 창어 3호가 달 표면에 착륙하면서 상황이 달라졌다. 그 이후로 달에 대한 관심이 폭발적으로 증가했습니다. NASA, 중국, 심지어 민간 기업도 수십 개의 로봇 및 인간 임무를 계획하면서 다시 경쟁하고 있습니다. 앞으로 10년 동안 달 표면에서 상황이 훨씬 더 혼잡해질 예정이지만 이번에는 그대로 있을 것입니다.

"우리는 달에 우주 탐사에 유용한 잠재적인 자원이 있다는 것을 알고 있습니다."라고 런던 대학교 버벡의 행성 과학 교수인 Ian Crawford 가 말했습니다. "특히 극지방 분화구의 매우 어두운 그림자에 갇혀 있는 얼음!"

지구와 달리 달의 축은 큰 각도로 기울어지지 않으므로 달의 적도에 있을 때 태양은 항상 머리 위에 있습니다. 그러나 월면에 있는 경우 태양은 항상 수평선에 있어 주변 분화구에 길고 영구적인 그림자를 만듭니다. 수십억 년 동안 태양으로부터 숨겨져 있던 그 분화구의 온도는 얼음이 그 안에서 살아남을 수 있을 만큼 충분히 낮았고 이것이 모든 사람들의 관심을 사로잡았습니다.

"물은 확실히 인간 탐사의 맥락에서 우주 탐사에 매우 유용한 물질입니다."라고 Crawford는 말합니다. “생명을 위한 필수 조건이지만 산소와 수소로 분해될 수도 있습니다. 결합하면 유용한 로켓 추진제입니다.”

중국의 Chang'e 3 착륙선과 Yutu 로버 탑재체는 2013년 12월 14일에 달에 착륙했습니다. 이는 거의 40년 동안 지구에서 착륙한 최초의 우주선입니다.

행성 지질학자들은 수년 동안 달의 얼음의 흔적을 보아왔지만 물의 존재에 대한 첫 번째 결정적인 증거는 인도의 달 궤도선인 찬드라얀-1에 대한 NASA의 Moon Minerology Mapper의 상세한 분석에 이어 2018년에 나왔습니다.

지구상에 물은 풍부하지만 무겁습니다. 각 입방미터의 무게는 1,000kg입니다. 우주로 발사하려면 엄청난 에너지가 필요합니다. 대신, 지구의 중력을 넘어서는 물을 수확할 수 있는 방법을 찾을 수 있다면 달과 그 너머에서 더 크고 야심찬 프로젝트를 수행할 수 있을 것입니다.

Crawford는 "만약 우리가 인간 우주 탐사 프로그램에 참여하려면 달이 분명한 출발점입니다.

양쪽 극에 물이 있는 것처럼 보이지만 남쪽에 가장 집중되어 있습니다. 달의 가장 큰 충돌 분화구인 남극-에이트켄 분지(South Pole-Aitken Basin)로 알려진 지역은 여러 개의 대규모 얼음 퇴적물이 있는 곳입니다. 그러나 명확하지 않은 것은 얼음이 어떤 형태를 취하는지입니다.

"우리는 아직 초기 탐사 단계에 있습니다."라고 Crawford는 말합니다. "우리는 여기 저기에 있는 큰 얼음 덩어리를 조사해야 하는지 아니면 달의 토양에 섞인 미크론 크기의 작은 얼음 입자를 조사해야 하는지 모르겠습니다."

 

NASA는 2023년에 VIPER(Volatiles Investigating Polar Exploration Rover)를 Aitken Basin에 보내는 임무를 계획하고 있습니다. 일단 거기에 도착하면 분화구 중 하나의 그림자로 차를 몰고 표면의 얼음을 조사하고 드릴로, 그 아래 2미터.

물은 또한 과학자들에게 특별한 관심사입니다. 수백만, 때로는 수십억 년 동안 방해받지 않고 남아 있기 때문에 행성 지질학자들에게 과거를 들여다볼 수 있는 창을 제공합니다.

Crawford는 "달은 매우 오래되었고 지질학적으로 비활성 상태이므로 암석 행성의 진화에 대한 일종의 박물관과 같은 역할을 합니다. 그 암석은 형성 직후부터 가장 초기의 진화 기록을 보유하고 있습니다."라고 말합니다. 얼음은 혜성과 소행성이 달에 물을 가져온 방법을 자세히 설명하는 기록 보관소 역할을 할 수 있습니다. 이것들은 또한 우리 행성으로 물을 운반했을 것이기 때문에 그러한 이해는 우리에게 달만큼이나 지구의 역사에 대해 많은 것을 말해 줄 것입니다.

NASA의 Moon Minerology Mapper는 2018년에 달의 극 근처에서 침전물(파란색)을 감지했습니다.

많은 임무가 물을 따라 극지방을 탐험하기를 원하지만 도전이 없는 것은 아닙니다. 지금까지 대부분의 달 탐사선은 태양광 패널이 전력을 쉽게 공급할 수 있는 햇볕이 잘 드는 적도 부근에 착륙했습니다.  하지만, 어둠 속에 있는 곳으로 향할 때는 훨씬 더 까다롭습니다.

VIPER와 같은 일부 초기 임무는 충전식 배터리를 사용하여 그림자 속으로 잠시 머물지만 장기 임무에는 더 많은 생각이 필요합니다. 미래의 우주비행사들이 달의 얼음을 채광할 계획이라면 영구적인 기지가 필요하며 번영하려면 매우 구체적인 위치가 필요합니다.

"달에서 찾을 수 있다면 가장 좋은 장소는 물이 있는 영구적인 그늘진 지역, 태양 전지판에서 전력을 공급하기 위해 거의 일년 내내 햇빛을 유지할 수 있는 영구적인 빛이 있는 봉우리 근처, 그리고 피난처를 위한 동굴이 될 것입니다."라고 말합니다. NASA가 VIPER를 달로 수송하기 위해 계약한 회사인 Astrobotic의 John Thornton. “동굴은 지하에 좋은 열 환경을 제공합니다. 그 위치를 찾을 수만 있다면 그곳이 바로 인간 정착지가 탄생하는 곳이 될 것입니다.”

 

자리를 찾으면 기지를 건설하는 사례가 된다. 발사체의 무게와 크기 제한으로 인해 보낼 수 있는 것이 제한되기는 하지만 처음에는 지구에서 수송된 구조물로 이 작업을 수행할 것이므로 현장에 기지를 건설하는 것이 훨씬 더 좋습니다. 다행히도 달의 모든 곳에 건축 자재가 있습니다. 여러 프로젝트에서 월석을 분쇄하는 미세 운석에 의해 생성된 미세한 먼지 층인 표토를 수확하여 3D 인쇄 구조에 사용하는 방법을 찾고 있습니다.

장기적으로 달의 암석에서 철과 티타늄을 추출하는 것이 가능할 수 있습니다. 우리는 그것들을 처리하기 위해 정제소를 지을 필요가 있지만, 지구의 중력을 넘어선 그러한 금속에 접근할 수 있다면 훨씬 더 큰 구조물과 우주선을 만들 수 있을 것입니다. 1994년 1월에 발사된 클레멘타인(Clementine) 우주선은 고대 용암류에 의해 생성된 어두운 영역인 월면 주변의 가장 높은 금속 수준을 감지했습니다. 추가 보너스로, 대부분의 광석은 산화물이므로 부산물로 산소를 생성합니다.

그러나 모든 잠재적인 달 자원을 추출하기 쉬운 것은 아닙니다. 달 표면에는 잠재적인 연료 공급원인 헬륨-3가 10억 톤으로 추정되지만 이를 추출하려면 초당 수백 톤의 표토를 채굴하는 거대한 산업 단지가 필요합니다. 가장 야심찬 상황.

NASA는 달의 남극 근처에 있는 분화구를 탐색하고 달 표면과 그 아래에서 발견되는 모든 얼음을 검사하기 위해 VIPER 로버를 개발하고 있습니다.

그러나 이러한 야심찬 계획은 혼자서는 수행할 수 없습니다. 현재 인간을 달에 착륙시키기 위해 노력하고 있는 두 개의 초강대국인 미국과 중국이 있습니다. 미국 법은 두 사람이 협력하는 것을 금지하고 있지만, 둘 다 목표를 달성할 수 있도록 다른 국가에 손을 뻗고 있습니다.

Crawford는 “달 탐사는 특히 오늘날의 국제 환경에서 매우 바람직하다고 생각하는 국제 협력의 엄청난 초점이 될 수 있습니다.”라고 말합니다.

2003년에 첫 '타이코넛'을 우주로 보냈음에도 불구하고 중국의 우주 계획은 큰 진전을 이루고 있습니다. 로봇 달 탐사 로봇인 Chang'' 시리즈는 성공적이었고 2019년(Chang'e 4) 달의 뒷면에 첫 번째 착륙을 목격했으며 Chang'e 6과 함께 달 남극의 첫 샘플을 반환할 계획입니다. (2023년 출시 예정).

창' 4호 임무는 네덜란드, 스웨덴, 독일의 장비를 실어 나르고 유럽 우주비행사들은 이미 중국인 우주비행사들과 함께 여러 훈련 훈련을 실시했습니다. 중국인들은 그들의 정확한 계획에 대해 비밀리에 하고 있지만, 그들은 이 임무가 달 착륙 임무의 전조라는 점을 분명히 했습니다.

수십 년의 더 많은 경험을 통해 미국의 노력은 조금 더 성숙해졌습니다. 그들의 현재 계획은 달을 도는 달 정거장인 게이트웨이(Gateway)를 중심으로 합니다. 이 정거장은 달 표면, 그리고 잠재적으로 화성 및 그 너머까지의 임무를 위한 기지 역할을 할 것입니다.

일본, 캐나다, 유럽의 우주국은 모두 지원하기로 서명했으며 언젠가는 자신의 우주비행사를 달에 보낼 것이라는 약속에 따라 정거장의 일부를 건설하는 데 동의했습니다. 게이트웨이의 첫 번째 섹션은 2023년에 비행할 예정이며 2026년에 작업이 시작됩니다. 한편 NASA는 이미 2024년까지 첫 여성을 달 표면으로 보낼 아르테미스 임무를 계획하고 있습니다.

달 서식지는 거주자를 방사선으로부터 보호하기 위해 3D 인쇄된 표토로 만든 껍질로 덮인 팽창식 구조를 사용하여 건설할 수 있습니다.

이러한 야망은 또한 지난 10년 동안 꽃을 피운 우주 탐사의 한 분야인 민간 기업을 육성하는 데 도움이 됩니다. NASA는 우주 부문의 성장을 장려하기 위해 Commercial Lunar Payload Services 이니셔티브를 수립하여 기업에 우주국의 과학 장비를 달로 운송하도록 요청했습니다.

"NASA는 향후 8년에서 10년 동안 매년 최소 2개의 달 탐사선을 구매할 계획입니다."라고 Thornton은 말합니다. "이것은 달에 대한 일상적이고 정기적인 운송의 상업화를 향한 첫 번째 단계입니다."

NASA에게는 훨씬 저렴할 뿐만 아니라 훨씬 적은 예산을 가진 사람들에게도 기회를 제공합니다. 2021년 말에 Astrobotic은 12개의 NASA 장비와 함께 Peregrine 착륙선을 달에 보낼 예정이지만 킬로당 120만 달러(약 £850,000)의 비용으로 다른 프로젝트를 운송할 여지도 있습니다. 그것은 많이 들릴지 모르지만 우주 비행 측면에서 그것은 거래입니다.

대학, 기업, 심지어 개인이 히치를 타기 위해 등록하는 것을 본 Thornton은 "우리는 첫 번째 임무를 수행하는 것만으로도 광범위한 고객을 보유하고 있습니다."라고 말합니다. "영국에서 가져온 페이로드가 있습니다. 실제로는 표면을 가로질러 걸을 수 있는 재미있는 소형 워킹 로버입니다."

Astrobotic과 함께 달 표면으로 향할 준비를 하는 다른 많은 회사들도 있습니다. 아직 착륙에 성공한 사람은 없지만 탑승을 기다리는 승객은 부족하지 않습니다. 달 표면은 그 어느 때보다 바쁘게 움직이고 있습니다.