달 탐사선 하나 없는 나라에서 우주탐사 역사에
새로운 이정표를 세우다!
2022년은 우리나라의 우주개발과 우주탐사 역사에서 아주 뜻깊은 해다. 6월 21일, 전라남도 고흥군 나로우주센터에서 한국형 발사체 누리호의 2차 시험 발사에 성공했다. 8월 5일에는 한국의 첫 달 궤도 탐사선인 다누리 발사에 성공했다. 우리나라는 누리호와 다누리를 쏘아 올리며 전 세계에서 인공위성을 자력으로 발사할 수 있는 일곱 번째 나라가 되었다.
다누리는 우리나라의 우주탐사 계획에서 아주 중요한 의미를 가지고 있다. 다누리는 우리나라 최초로 지구를 벗어난 탐사선이자 달을 중심으로 도는 위성이다. 한국은 다누리를 통해 지구의 중력을 벗어나 목표한 지점까지 도달할 수 있는 능력과, 지구 외 천체의 중력을 이용해 궤도운동을 할 수 있는 위성 정밀 제어 능력을 확보했다. 또한 지구에서 40만 킬로미터 떨어진 위성을 조작하고, 그곳에서 얻은 자료를 내려받아 분석할 수 있는 통신 능력까지 갖추게 되었다. 다누리는 1년간 예정된 달 탐사 임무 기간을 넘어 2025년 지금까지 잘 작동하고 있으며, 2028년 3월에 달 표면에 충돌하는 것으로 임무를 마칠 예정이다.
다누리에는 특정 과학 임무를 수행하는 총 여섯 기의 과학탑재체가 실려 있다. 그 가운데 전 세계 최초로 한국천문연구원에서 개발한 광시야 편광카메라, 즉 폴캠(PolCam)이 있다. 그동안 폴캠은 달의 전체 지도를 완성했고, 현재는 물체가 빛을 산란시키는 방향(편광)을 분석하여 달 표면의 편광지도를 만드는 중이다. 《나는 달로 출근한다》의 저자는 폴캠 개발팀에 참여하여 폴캠을 달로 보낸 달 과학자다.
달은 다시 인류의 무대가 되어가고 있다. 미국은 아폴로 계획 이후 처음으로 달에 사람을 보내는 아르테미스 계획을 추진 중이고, 인도는 세계 최초로 달의 남극에 무인 탐사선을 착륙시켰다. 러시아와 일본도 연이어 달 표면에 착륙선을 보내고 있다. 저자는 우리나라의 첫 달 탐사선인 다누리 개발에 참여한 과학자로서 그 과정을 독자들과 나누고 싶었다고 말한다. 그렇지만 이 책은 단순하고 건조한 보고서가 아니다. 여기에는 한 과학자의 희로애락이 뒤섞인 숱한 이야기가 숨어 있다.
다누리에 폴캠을 실어 보낸
달 과학자의 눈물겹고도 거침없는 여정
저자는 중학생이 됐을 무렵부터 누군가 꿈을 물으면 항상 ‘천문학자’라고 답했다. 대학 천문학과를 나와 대학원에 진학해 은하 시뮬레이션 분야의 연구와 컴퓨터 시뮬레이션을 공부한다. 그러다 지도교수님이 달 과학 연구를 권유하며 건네준 논문을 읽은 뒤 달에 새로운 매력을 느끼고, 국내에 열 명도 채 안 되는 달 과학자가 되기로 결심한다. 편광으로 한 연구가 거의 없는 것을 보고 저자는 달 표면을 편광 관측하여 자료를 분석하는 것을 연구 주제로 삼는다.
이후 한국우주과학회에서 대학원생으로 달 표면의 입자 크기를 이용해 달의 스월(자기장이 거의 없는 달 표면에서 상대적으로 자기장이 강한 지역)이 어떻게 생성되는지에 관한 연구 결과를 발표하게 된다. 이날의 발표는 저자의 인생을 크게 바꾸었다. 달 탐사의 필요성을 느껴 관련 연구자들을 모으고 있던 한국천문연구원의 최영준 박사가 발표가 끝난 뒤 찾아온 것이다. 이들은 정기적으로 만나 달 탐사용 편광카메라를 현실화시키기 시작한다.
2014년 9월 한국형 달 탐사 시험용 달 궤도선(다누리) 사업이 공식적으로 시작되었고, 2016년 1월에는 다누리에 실릴 과학탑재체에 한국천문연구원의 폴캠이 선정된다. 폴캠은 달 궤도 편광카메라다. 편광카메라를 이용하면 달 표면의 입자 크기, 거칠기, 공극률(암석이나 토양 안에 존재하는 빈 공간의 비율) 등의 유용한 정보를 알아내 달 표면의 진화와 우주 환경에 관한 연구를 수행할 수 있다. 카메라의 과학 목표가 저자의 연구 주제로부터 발전한 내용인 셈이다.
이때부터 6년에 걸쳐 저자와 개발팀의 좌충우돌, 고군분투 그 자체인 폴캠 개발이 이루어진다. 본격적으로 폴캠 개발에 매진하기 위해 한국천문연구원으로 자리를 옮겼을 때 첫 번째 고비를 만난다. 당시 저자는 대학원생이자 결혼해 세 아이를 둔 아빠였다. 저자가 연구에 몰두하는 동안 세 아이의 육아를 홀로 감당하던 아내가 무너져버리고 만다. 그날 이후 조금이라도 육아를 함께할 수 있던 방법을 찾다가 새벽을 활용해 일하면서 적응해간다.
폴캠 개발팀에서는 과학자와 공학자의 차이로 인해 소통 문제를 겪는다. 대표적인 예가 폴캠의 관측(촬영) 시간 기록 문제다. 관측 시간은 곧 관측 위치로 변환되기 때문에 엄청 중요하다. 과학자는 촬영 시간을 카메라의 셔터를 누르는 순간이라 생각하고, 전자부 엔지니어는 셔터를 누른 후 영상 정보가 압축 완료된 시점이라고 판단하면서 장치에 오류가 생기기도 했다. 저자는 문제를 해결해가며 함께 일하는 시간이 쌓일수록 과학자와 공학자의 근본적인 차이를 이해하게 되었으며, 다양한 분야의 연구자들과 협업하는 과정에서 많은 것을 배웠다고 말한다.
어느 날은 탐사선 개발팀으로부터 다누리의 임무 궤도를 원궤도에서 타원궤도로 바꿀 경우 폴캠에 생기는 문제를 분석해달라는 메일을 받는다. 다누리는 달 표면으로부터 고도 100킬로미터를 유지하는 원궤도를 도는 인공위성이다. 반면 타원궤도는 달 표면에서 거리가 가까울 때는 100킬로미터, 멀 때는 300킬로미터까지 계속 변한다. 이렇게 거리가 계속 바뀌면 100킬로미터를 임무 고도로 설정한 탐사선의 카메라는 엄청 비효율적으로 바뀐다. 이 문제로 많은 논의가 이루어졌고, 원래대로 100킬로미터 고도의 원궤도를 유지하게 되었다.
이런 일이 벌어지리라 상상한 사람이 있을까? 우주탐사기기는 아주 높은 수준의 청결과 제어된 환경을 유지해야 하므로 청정실에서 제작하고 보관한다. 그런데 청정실에서 폴캠의 카메라를 시험하다가 저자의 마스크를 타고 흘러내린 콧물이 폴캠 안쪽에 스며드는 비상사태가 벌어지기도 했다. 콧물 하나 때문에 비상회의가 열리고, 폴캠을 분해하여 내부 클리닝 작업을 진행한 뒤 모든 기능이 정상 작동하는 것을 확인한 다음에야 안심한다. 어쩌면 폴캠 어디엔가 묻어 있는 저자의 점막이나 DNA가 궤도를 돌고 있을지 모른다.
2020년 12월 폴캠 개발팀은 한국항공우주연구원에 폴캠을 무사히 전달한다. 그리고 2022년 8월 5일, 미국 플로리다주의 케이프 커내버럴 우주군 기지 발사장에서 스페이스X 팰컨 9에 실려 달 궤도에 진입했다. 11월 28일, 발사 후 약 4개월이 지났을 때 역사적인 폴캠의 퍼스트 라이트(첫 관측)가 이루어진다. 다누리는 지금도 우리나라 과학자들의 염원이던 달 궤도 임무를 수행 중이다. 폴캠 역시 성실하게 자신의 임무를 다하고 있다.
“폴캠은 다누리가 더 이상 작동하지 않을 때까지 매일 달 표면의 편광 사진을 전송할 것이다. 그리고 우리는 폴캠이 보내오는 과학 자료를 통해 신이 우주에 감춰둔 진실을 하나씩 찾아낼 것이다.”
달 탐사선 하나 없던 나라의 달 과학자가 마침내 달로 위성을 보낸 과학자가 되었다. 《나는 달로 출근한다》는 꿈을 향해 거침없이 달려온 한 과학자의 여정을 통해 우리의 마음까지 설레게 만들 것이다.
달을 넘어 태양계 행성에
위성을 보내는 과학자가 계속 나오려면
과학 탐사선을 달까지 보낸 나라는 전 세계에서 일곱 개국뿐이다. 달까지 갈 수 있는 기술력을 보유했다는 것은 태양계 어디든 탐사선을 보낼 역량을 가졌다는 말과 같다. 다누리를 통해 심우주탐사를 할 수 있는 능력까지 확보한 것이다. 그러나 다누리는 우리나라 우주탐사의 시작일 뿐이다. 《나는 달로 출근한다》는 다누리로 뿌린 씨앗을 거대한 나무로 키우는 데 가장 중요한 것은 지속성이라고 강조한다. 미국과 인도, 러시아는 우주탐사 사업의 지속성이 얼마나 중요한지 알려주는 아주 좋은 예다.
미국은 아폴로 계획 이후 개발된 기술이 사라지지 않도록 지속적인 노력을 기울였다. 그 결과 압도적인 우주탐사 강국이 되었다. 인도는 GDP가 우리나라의 약 12분의 1에 불과한데도 꾸준히 우주탐사에 대한 투자를 이어갔다. 그 결과 인도는 세 번이나 달 탐사선을 보내는 성과를 거두었으며, 세계 최초로 달 남극에 착륙선을 보낸 나라가 되었다.
러시아는 우리의 훌륭한 반면교사다. 한때 세계 최초의 인공위성, 첫 유인 우주비행, 첫 달 탐사선 발사에 성공한 우주탐사의 선두주자였지만, 미국과의 우주 경쟁에서 밀려난 후 탐사 분야를 단절시킨 결과 2024년, 무려 50년 전에도 성공했던 달 착륙에 실패하고 말았다.
달을 넘어 우리나라의 우주탐사가 발전하려면 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성에 위성을 보내는 과학자들이 계속 나와야 한다. 미국처럼 우주탐사에 국가의 역량과 자본을 총동원하기는 쉽지 않을 것이다. 다행히 다누리를 개발하는 동안 달 과학을 연구하는 과학자들과 우주산업에 적극 뛰어드는 기업이 늘었다. 인적‧물적 토대가 더욱더 확장될 수 있도록 최소한 지금까지 이룩한 것을 잃지 않기 위한 지속적인 관심과 투자가 필요하다.
《나는 달로 출근한다》에는 이 책이 우주탐사에 관한 사람들의 관심을 이끌어내고 지속시키는 디딤돌이 되길 바라는 저자의 소망이 담겨 있다.
