中 달 뒷면 토양 탐사, 꿈의 에너지 헬륨-3 개발 앞당기나

[베이징=뉴스핌] 조용성 특파원 = 중국의 우주탐사선 '창어(嫦娥) 6호'가 세계 최초로 달 뒷면에 착륙해 토양 샘플을 채취하는데 성공했다. 창어 6호는 6월 25일경 중국 네이멍구(內蒙古)자치구에 도착할 예정이다. 창어 6호가 채취한 약 2kg의 토양 샘플은 중국의 과학자들이 정밀 분석 작업을 진행하게 된다. 연구결과는 약 1~2년 후에 전 세계에 발표될 것으로 예상된다.

중국으로서는 인류 역사상 처음으로, 그것도 미국에 앞서 달 뒷면에 우주선을 착륙시키는데 성공한 데 이어 토양 샘플 채취까지 성공했다. 이로써 중국은 전 세계에서 우주개발 선두 주자임을 증명해냈고, 미국의 우주 경쟁력을 맹추격하고 있음을 드러냈다. 중국으로서는 상당한 쾌거이자 역사적인 성과다. 중국 관영 신화통신은 "인류 달 탐사 역사상 유례가 없는 쾌거"라고 평가했으며, 중국인들은 아낌없는 환호를 보내고 있다.

이와 함께 중국의 전문가들은 창어 6호가 가져올 2kg의 토양 샘플을 주목하고 있다. 가장 관심을 모으는 것은 토양 샘플에 포함돼 있을 것으로 추정되는 헬륨-3(Helium-3)라는 물질이다.

지난 4월말 달 탐사선 창어(嫦娥) 6호를 실은 창정(長征)로켓이 하이난(海南)성 원창(文昌) 우주발사장에서 발사대기하고 있다. [신화사=뉴스핌 특약]

◆ 1g이 석탄 40톤, 청정에너지 헬륨-3

헬륨-3는 화석연료 기반 에너지나 원자력 에너지를 대체할 수 있는 '핵융합 에너지' 발전의 주요 원료로 사용할 수 있다. 1g의 헬륨-3는 석탄 약 40톤과 동등한 에너지를 생성할 수 있을 것으로 분석되고 있는데다, 탄소배출량이 '제로(0)'인 만큼 미래 인류의 꿈의 에너지원으로 꼽힌다.

헬륨-3는 태양풍에 의해 만들어지는 물질이다. 지구에는 두터운 대기에 막혀 미량만이 지구 표면에 도달하지만, 달은 대기가 없어서 헬륨-3가 대량으로 축적된다. 지구상에는 약 15만톤의 헬륨-3가 존재한다는 연구결과가 나온 바 있다.

중국의 원로 과학자인 어우양쯔위안(歐陽自遠) 중국과학원 원사는 "중국은 2007년 창어1호를 발사해 달 탐사를 시작했으며, 그 때부터 창어 프로젝트의 주요 목표 중 하나가 헬륨-3의 자원량 추정 및 활용방안 모색이었다"고 소개한다.

어우양쯔위안 원사는 지난해 6월 공개강연에서 "우리는 남들보다 잘해야 하고, 남들이 하지 못한 일을 해냈다"며 "창어5호 탐사 결과 우리 과학자들은 달에 존재하는 헬륨-3의 매장량을 110만톤으로 추정했다"고 발언했다. 이어 그는 "110만톤의 헬륨-3는 인류가 향후 1만년 동안 에너지원으로 사용할 수 있다"고 강조했다.

◆ 달 뒷면에 더욱 풍부한 헬륨-3 분포

중국은 창어 5호가 달 앞면에서 가져온 토양샘플을 분석해 새로운 광물을 발견했으며 이를 2022년 9월 발표했고, 창어석(嫦娥石)이라고 명명했다. 광물의 영어 명칭은 '체인지사이트-와이'(Changesite-Y)로 정해졌다.

창어석은 달 현무암 입자에서 발견된 무색 투명한 기둥(주상 결정) 형태의 인산염 광물이다. 특히 중국측은 창어석에는 헬륨-3가 풍부하게 함유돼 있다고 발표했다.

창어 5호가 달 앞면의 토양 샘플을 채취했다면, 창어 6호는 달 뒷면의 토양 샘플을 채취한다. 중국의 과학자들은 달 뒷면에 더욱 많은 헬륨-3가 분포할 것으로 예상하고 있다.

창어 6호 임무공정 부설계사인 리춘라이(李春來) 지상응용시스템 총지휘자는 "창어 6호가 채취한 시료의 암석 성분은 현무암류 물질일 가능성이 높다"며 "이 착륙지에서는 우주의 다른 곳에서 투하됐을 가능성이 있는 다른 물질 유형이 많이 보였다"고 소개했다.

특히 중국은 창어 5호가 가져온 토양 샘플을 분석해 헬륨-3를 발견하는 과정에서 최적의 추출 파라미터를 획득했다고 발표한 바 있다. 2022년 중국핵공업그룹은 베이징지질연구원과 함께 헬륨-3를 집중 연구했으며, 헬륨-3의 함량 및 추출온도 등을 측정했다. 축적된 연구결과를 바탕으로 창어 6호가 토양 샘플 채취작업을 한 만큼, 창어 6호가 가져오는 토양 샘플에는 더욱 많은 헬륨-3가 함유되어 있을 것이라는 예상도 나온다.

창어 6호에 탑재됐던 이동식 카메라가 창어 6호 착륙선-상승선 조합체에서 벗어나 달 뒷면에 착륙해 있는 창어 6호를 촬영한 모습. 착륙선 부분에 중국의 국기가 펼쳐져 있다. [신화사=뉴스핌 특약]

◆ 헬륨-3 상용화는 아직 먼 미래의 이야기

다만 중국의 창어 6호가 헬륨-3 채취에서 상당한 성과를 내더라도, 헬륨-3 상용화는 아직 먼 훗날의 일인 것으로 분석된다.

헬륨-3를 대규모로 확보하기 위해서는 채굴용 전문 탐사선을 개발하고, 채굴 기지를 건설하고, 확보한 헬륨-3를 지구로 가져와야 한다. 현재 1g의 헬륨-3를 얻기 위해서는 150톤의 달 표토를 처리해야 한다는 연구결과가 나온 바 있다.

학계에서는 헬륨-3가 상용화되기 위해서는 20년 이상의 오랜 기간이 소요될 것이라는 전망을 내놓고 있다. 이처럼 오랜 시간에 걸쳐 대규모 투자가 집행되어야 하는 프로젝트지만, 중국은 장기 계획을 세워두고 이에 따라 하나씩 하나씩 성과를 내고 있다.

◆ 2003년 출범한 21년된 창어 프로젝트

중국의 창어 프로젝트는 2003년 출범했다. 중국 국가항천국은 달 탐사를 계획하면서 프로젝트명을 '창어'로 지었다. 창어는 중국 신화에 나오는 달에 사는 여신이다.

중국은 2007년 10월 창어 1호를 발사했다. 창어 1호의 목적은 달의 궤도를 돌면서 달 전체의 3D 지도를 만드는 것이었다. 임무는 완수됐다.

이어 2010년 10월 창어 2호가 발사됐다. 창어 2호는 달 궤도를 돌면서 더욱 정밀한 달 지도를 제작했으며, 여러가지 통신실험을 수행했다.

창어 3호는 2013년 12월 발사됐다. 창어 3호는 위투(玉兎, 옥토끼)라는 이름의 로버를 달 표면에 착륙시켰다. 120kg의 위투 로버는 3개월간 달 표면에서 지질학적 연구를 수행했다.

2018년 12월 창어 4호가 발사됐다. 목표는 세계 최초로 달 뒷면에 착륙하는 것이었다. 달 뒷면은 지구에서 안보이고 전파가 통하지 않는다. 이를 해결하기 위해 중국은 통신 중계위성인 '췌차오(鵲橋, 오작교)'를 발사했다. 창어 4호는 2019년 1월 인류 최초로 달 뒷면에 착륙하는데 성공했다.

이어 중국은 2020년 11월 창어 5호를 발사했다. 창어 5호는 달 앞면에 착륙해 1731g의 샘플을 채취해 지구로 복귀했다. 이로써 중국은 미국, 러시아에 이어 세계 3번째로 달에서 토양 샘플을 가져온 나라가 됐다.

지난해 4월 중국이 공개한 달 토양 샘플 입자 현미경 사진. 해당 토양 샘플은 2020년 발사된 창어 5호가 달 앞면에서 채취해 지구로 가져왔다. [신화사=뉴스핌 특약]

◆ 2030년 달에 과학연구소 완공 목표

이어 중국은 지난 5월 3일 창어 6호를 발사했다. 창어 6호의 임무는 달 뒷면의 토양 샘플 2kg을 채취해 복귀하는 것이다. 창어 6호는 발사된 후 지구-달 전이, 달 근접 제동, 달 궤도 순환 비행 등의 작업을 거쳐 발사 한 달여만인 6월 2일 달 뒷면에 착륙했다.

창어 6호는 궤도선-귀환선 조합체와 착륙선-상승선 조합체로 이뤄져 있으며, 2일 착륙선-상승선 조합체가 분리된 후 달 뒷면용 통신 중계 위성인 '췌차오(鵲橋·오작교) 2호'의 통신 지원을 받으면서 달 뒷면에 착륙했다.

이어 창어 6호는 토양 샘플 채취 작업을 진행했고, 4일 토양 샘플을 실은 상승선이 기동해 궤도선-귀환선으로 복귀했다. 이어 창어 6호는 6월 25일 지구로 귀환할 예정이다.

중국은 앞으로 약 2년 후인 2026년에는 창어 7호를 발사한다는 방침이다. 지형탐사와 물질성분 분석, 우주환경에 대한 종합적인 탐사를 목표로 하고 있다. 달 남극에 착륙할 예정이며, 탐사작업을 진행해 물의 존재여부를 확인한다는 임무도 지니고 있다.

이어 2028년에는 창어 8호를 발사할 계획이다. 창어 8호는 과학 탐사 실험 이외에도 몇 가지 핵심 기술을 검증하기 위한 실험을 수행한다는 방침이다. 원격 로봇 탐사 및 자원 탐사에 중점을 둘 예정이다. 창어 7호와 창어 8호는 달 남극 과학연구소의 기본 모듈을 이룬다는 계획이다. 창어 8호에 대해 중국은 특히 국제 협력을 적극 추진할 예정이라고 발표하기도 했다. 중국은 2030년까지 달 과학연구소를 완공해 유인 달 착륙을 목표로 하고 있다.

중국의 달 탐사선인 창어 6호가 촬영한 달 뒷면 모습[신화사=뉴스핌 특약]

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