달에 인간 전초기지를 건설하려는 야심찬 장기 비전은 지구로부터의 보급 임무에 드는 막대한 비용과 물류 복잡성을 획기적으로 줄일 수 있는 자급자족 기술 개발에 전적으로 달려 있습니다. 중국 과학자 팀의 새로운 발전은 설득력 있는 해결책을 제시합니다. 즉, 달 토양에서 산소와 로켓 연료와 같은 필수 자원을 직접 생산하는 혁신적인 방법으로, 이는 지속적인 달 주둔의 경제적, 운영적 타당성을 재정의할 잠재력을 가지고 있습니다.
- 중국 과학자들이 달 토양에서 산소와 로켓 연료를 생산하는 새로운 방법을 개발했습니다.
- 이 방법은 달 표토(일메나이트)를 활용하는 ‘원스텝 광열 촉매’ 공정입니다.
- 집중된 햇빛으로 물을 추출하고, 이산화탄소와 반응시켜 산소와 메탄을 생성합니다.
- 이는 지구에서 공급되는 촉매 없이 달 자원을 활용하여 운영 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
이 혁신은 달에 풍부한 표토, 특히 광물 일메나이트를 촉매로 활용하는 원스텝 광열 촉매 공정에 중점을 둡니다. 이 기술은 집중된 햇빛을 이용하여 달 토양을 약 화씨 392도(섭씨 200도)로 가열하여 물을 추출합니다. 이어서 우주비행사의 호흡이나 다른 달 작전에서 얻을 수 있는 이산화탄소가 도입됩니다. 그 후 일메나이트는 추출된 물과 이산화탄소 간의 반응을 촉매하여 호흡용 산소와 실행 가능한 로켓 추진제인 메탄을 모두 생산합니다. 홍콩 중문대학의 화학자 루 왕(Lu Wang)이 강조했듯이, 이 통합된 접근 방식은 이전의 다단계 방법이나 지구에서 운반된 촉매를 필요로 하는 방식에 비해 에너지 활용을 향상시키고 인프라 복잡성을 줄일 것을 약속합니다.
경제적 파급 효과는 상당합니다. 지구에서 달로 물과 같은 기본적인 필수품을 운반하는 것은 갤런당 83,000달러에 달하는 엄청난 비용이 듭니다. 달은 건조해 보이지만, 영구적으로 그림자가 진 극지 분화구의 광물 내부에 상당한 양의 물이 갇혀 있습니다. 이러한 자체 자원을 활용하고 지구에서 공급되는 촉매가 필요 없는 공정을 결합하면 달 기지의 운영 비용을 획기적으로 절감할 수 있습니다. 더욱이, 메탄은 액체 수소보다 더 안정적이어서 취급이 용이한 로켓 연료이므로, 달 표면에서 필요한 장비 및 유지보수 부담을 줄여줍니다. 이는 장기 임무에 있어 결정적인 이점입니다. 중국의 랜드스페이스(Landspace)와 같은 상업 기업들은 이미 메탄 동력 로켓의 실현 가능성을 입증하고 있습니다.
도전 과제 및 확장성 고려 사항
이러한 가능성에도 불구하고, 이 기술은 추가적인 검증이 필요한 상당한 도전에 직면해 있습니다. 센트럴 플로리다 대학의 행성 물리학자이자 NASA 케네디 우주센터의 ‘스웜프 웍스(Swamp Works)’ 공동 설립자인 필립 메츠거(Philip Metzger)는 몇 가지 실질적인 난관을 지적합니다. 주요 우려 사항은 달 표토의 열 절연 특성으로, 이는 효율적인 열 분배를 방해합니다. 이 특성은 물 추출 속도를 크게 저하시킬 수 있으며, 토양을 ‘회전(tumbling)’시키는 것과 같은 복잡한 기계적 해결책을 필요로 합니다. 이는 결국 극한의 온도 변화와 만연한 먼지가 있는 가혹한 달 환경에서 고장 나기 쉬운 움직이는 부품을 더 많이 도입하게 됩니다.
또 다른 중요한 과제는 이산화탄소 공급에 있습니다. 계산에 따르면 우주비행사의 호흡만으로는 이 공정에 필요한 이산화탄소의 약 10분의 1만을 공급할 수 있으며, 이는 지구에서 이산화탄소를 운반해야 할 수도 있음을 의미합니다. 이는 달 자급자족이라는 핵심 목표와 상충됩니다. 메츠거는 또한 규조토에 니켈을 입힌 것과 같은 특수 설계된 촉매가 초기 운반 비용은 비싸더라도 재사용성으로 인해 장기적으로는 비효율적인 달 표토를 사용하는 것보다 더 효율적이고 비용 효율적일 수 있다고 주장합니다.
이 연구가 자원 생산을 위한 촉매로 달 표토를 사용하는 화학적 타당성을 설득력 있게 보여주었지만, 다음으로 중요한 단계는 약한 중력과 강한 방사선을 포함한 실제 달 환경에서 이 기술의 확장성과 운영 효율성을 입증하는 것입니다. NASA의 아르테미스 임무와 같은 프로그램은 일시적인 달 방문에서 지속적인 인간 주둔으로 전환하는 데 필수적인 이러한 현지 자원 활용(ISRU) 기술을 시험하고 성숙시키는 중요한 기회를 제공합니다.