‘불지옥’ 금성에 탐사로봇 보내기...미· 러 누가 이길까

미 항공우주국(NASA)은 태양계의 여러 극한적 환경을 탐사해왔다. 그중에는 절대 영도에 가까운 차가운 우주도 있고 섭씨 수백 도의 극한적인 장소도 있다. 하지만 아직도 탐사가 어려운 장소는 많다. 최소한 수십km 두께의 얼음 밑에 있는 것으로 보이는 목성의 위성 유로파의 바다나 표면 온도가 섭씨 500도에 달하는 금성의 표면이 그런 장소다.

금성의 대기는 이산화탄소에 의한 강력한 온실효과로 인해 엄청나게 뜨거울 뿐 아니라 기압도 대단히 높다. 금성 표면의 압력은 지구 표면의 90배 수준이다. 이런 이유로 구소련과 미국의 금성 착륙선들은 극한의 환경에서 버틸 수 있는 능력에도 불구하고 착륙 후 바로 연락이 끊기거나 혹은 수 시간 이내로 생을 마감했다.

사정이 이렇다 보니 사실 화성보다 더 가까운데도 불구하고 누구도 금성 표면에 로버(Rover)를 보내지 못했다. 화성 표면에는 벌써 4번째 탐사 로버인 큐리오시티가 활약 중이고 앞으로도 더 많은 로버를 보낼 계획이지만, 금성은 감감무소식인 이유다.

하지만 NASA와 러시아 우주국은 금성에 로버를 보낼 계획을 세우고 있다. 특히 NASA는 이에 관련된 기반 기술을 개발해 극한의 불지옥인 금성 표면에서도 살아남을 수 있는 로버 개발에 가까이 다가간 상태다.

금성 로버 개발에서 가장 곤란한 부분은 바로 전자 계통이다. 지금까지 만든 어떤 반도체나 전자 기판도 이런 환경에서 장시간 작동을 할 수는 없다. 그러나 미국의 국립 과학 재단 기금의 지원을 받은 오자크 집적 회로(Ozark Integrated Circuits)는 놀랍게도 섭씨 350도의 고온을 견딜 수 있는 반도체 칩을 개발했다.

이런 고온 전자 회로의 개발은 미국의 기초과학력을 보여주는 사례로써 앞으로 금성 탐사는 물론 고온 고압의 극한 환경이 필요한 다른 분야에도 널리 응용될 가능성이 있다. 문제는 그래도 금성 표면의 온도가 이것보다 높다는 것이다.

NASA의 과학자들은 결국 금성 로버에 냉각장치를 탑재하는 방법을 연구하고 있다. 이는 다소 곤란한 문제이기도 한데, 로버의 내부를 섭씨 300도로 주변보다 훨씬 낮게 유지하려면 많은 에너지가 필요할 뿐 아니라 부피와 무게도 커지기 때문이다.

 

따라서 화성에 보낸 로버들과 달리 금성 로버는 복잡한 탐사장치를 최소화시킨 단순한 구조가 될 가능성이 크다. 냉각이 필요한 전자 계통의 크기를 가능한 한 줄여야 하기 때문이다. 물론 그러면서도 정보를 수집하고 지구에 자료를 전송해야 하므로 여러 가지 기술적 어려움이 존재한다.

동력 계통은 원자력 이외에는 처음부터 대안이 없으므로 (금성은 두꺼운 구름과 대기로 인해 태양전지를 사용할 수 없다. 물론 이런 온도와 압력에서 견디는 태양전지도 없다.) 오히려 결정이 쉬울 것 같지만, 이런 고온 환경에서 견디는 원자력 전지 역시 만들기 쉽지 않다.

현재 생각하는 대안은 플루토늄 - 238을 이용한 스털링 엔진이다. 스털링(Stirling) 엔진은 온도 차를 이용해 동력을 발생시키는데, 방사성 붕괴로 섭씨 1,200도까지 가열된 플루토늄 연료와 주변의 상대적으로 낮은 기온을 이용한 방식이다. 이를 이용해서 로버의 바퀴를 굴리고 냉각장치를 가동한다.

이런 여러 가지 아이디어에도 불구하고 실제로 이런 환경에서 작동하는 로버를 만드는 일은 NASA에게도 쉬운 일은 아니다. 따라서 아직 금성 로버는 디자인 및 기초 연구의 단계를 벗어나지 못하고 있다. 현재 계획으로는 금성 표면에 풍선을 보내 표면에서 가까운 위치에서 저공비행을 하면서 관측하는 표면 관측 계획인 Venus In-Situ Explorer (VISE)이 먼저 현실화될 가능성이 크다.

VISE는 2022년 발사 예정이며 로버와 달리 움직이는 엔진은 필요 없어서 구조가 훨씬 단순하다. 다만 이런 극한 환경에서 버틸 수 있는 특수 풍선이 필요한데, 이미 이 부분에 대한 연구는 많이 진행되어 있어 성공 가능성이 크다.

금성 로버는 VISE 이후 추진될 것으로 보이는데, 러시아 역시 2020년대에 자체적인 로버를 금성에 보낸다는 계획을 세우고 있어 과연 미국과 러시아 중 누가 먼저 로버를 보낼 수 있을지 결과가 주목된다.

일단 공개된 내용을 보면 NASA가 훨씬 앞서 있는 것 같지만, 아직 어느 나라도 금성 로버를 자신 있게 보낼 수 있을 만큼 완성된 기술을 가지고 있지 않다. 따라서 미국이 화성과 마찬가지로 금성에 첫 번째 로버를 보내는 나라가 될지는 아직 판단하기 이르다.

우리가 눈여겨볼 부분은 NASA와 미 정부가 이런 기초 과학 연구에 많은 공을 들이고 있다는 점이다. ‘우주 강국’ 같은 화려한 수식어와 미사여구가 아니라 바로 이렇게 조용하지만 할 건 다하는 부분이 미국이 이 분야에서 좀처럼 선두 자리를 내주지 않는 비결이다.