정부가 달 착륙을 목표로 개발 중인 차세대 우주발사체를 고도화해 미국과 중국처럼 화성 탐사에도 도전하겠다는 목표를 정했다. 동시에 자력으로 화성에 진출하기 전에도 미국 스페이스X와 협력해 현지에 우주기지를 지어 심우주 탐사 경쟁에 조기에 뛰어드는 방안도 추진한다.
강경인 우주항공청 우주과학탐사부문장은 16일 기자 설명회를 통해 2030년대 이후 화성 탐사 계획을 공개했다. 우주청은 앞서 2032년 38만 ㎞ 떨어진 달에 이어 광복 100주년인 2045년에는 최장 4억 1000만 ㎞ 거리의 화성에 착륙선을 보내겠다는 목표를 제시했다. 이를 실현하기 위한 구체적 추진 방안을 이날 마련한 것이다.
우주청은 우선 화성 착륙선을 개발하기 전에 2030년대 궤도선을 먼저 쏘아올려 핵심 기술을 단계적으로 확보해나갈 계획이다. 강 부문장은 “누리호를 개량해 2033년 화성 궤도선을 실증하고 2035년에는 차세대 발사체를 활용해 화성 궤도선을 발사할 계획”이라며 “이어 2045년에는 화성 착륙선을 보내기 위해 화성 전이 궤도 기준 6톤, 지구 저궤도 기준으로는 23톤급 성능을 확보하겠다”고 말했다.
차세대 발사체는 최근 4차 발사에 성공한 누리호에 이어 2032년 달 착륙선을 쏘아올리기 위해 예산 2조 원을 투입해 개발 예정인 새로운 국산 발사체다. 달 착륙 목표를 달성한 후에도 성능을 더 높여 국산 발사체로 화성 탐사까지 이어가겠다는 게 우주청의 계획이다. 우주청은 앞서 차세대 발사체 개발 사업을 통해 상공 200㎞의 지구 저궤도에 10톤 무게를 실어나를 수 있는 성능을 확보하겠다고 밝힌 바 있다. 화성 탐사를 위해 이 성능을 23톤까지 2배 이상 더 높이는 것으로 목표를 확장한 것이다. 이는 현재 3.3톤급인 누리호 성능의 7배 수준이다.
우주청은 이를 위해 발사체에 탑재할 킥스테이지를 개발한다. 킥스테이지는 발사체 상단에 소형 엔진을 달아 탑재하는 궤도 수송선이다. 지구 궤도를 도는 인공위성과 달리 화성 궤도선이나 착륙선은 발사체를 통해 목표 궤도에 올라간 후 정확한 목표 지점까지 도달하려면 추가로 궤도 수송선을 통해 옮겨져야 한다. 우주청은 우선 40~50㎏을 탑재할 수 있는 누리호용 킥스테이지를 개발하고 이를 개량해 차세대 발차세에도 탑재할 계획이다.
우주청은 이와 별개로 2030년이나 2031년 스페이스X의 대형 발사체 ‘스타십’을 빌려 500㎏짜리 화성 기지를 보내는 방안도 추진한다고 밝혔다. 이를 위해 ‘국제협력 기반 화성탐사 기지 구축 실증 사업’을 신규로 추진한다. 미국과 중국이 이미 화성에 진출하며 국산 궤도선과 착륙선을 보내기 전부터 탐사 경쟁이 격화할 전망인 만큼 발사체 기술 확보와 국제 협력을 투트랙으로 진행하겠다는 것이다.
우주청은 화성 진출 후 실질적 탐사를 위한 관련 핵심 기술 개발에도 순차적으로 착수한다. 우선 최장 4억 1000만 ㎞ 거리에서 원활히 교신할 수 있도록 지구·화성 광통신 기술을 개발한다. 미국 항공우주국(NASA)의 화성탐사 로버(차량) ‘큐리오시티’처럼 화성에서 얻는 대용량 관측 데이터를 지구의 데이터센터로 보낼 필요 없이 탐사선 스스로 즉각 처리할 수 있는 온보드(내장형) AI 모듈도 개발한다.
2027년부터는 지상 탐사를 위한 로버와 공중 드론, 화성에서 산소와 물 같은 자원을 자급자족할 수 있는 현지자원활용(ISRU) 시스템, 초경량 태양전지와 100W급 원자력전지 등이 개발된다. 2035년에는 방사선 차폐 기능 등을 탑재한 거주지 건설 기술을 확보해 유인 탐사를 준비한다. 우주청은 2040년 이후 화성 암석 샘플(시료)를 채취하고 지구로 가져와 연구할 수 있는 지구 귀환 궤도선도 개발할 방침이다.
전 세계적으로 달에 이은 화성까지 진출하는 심우주 탐사 경쟁에 속도가 붙고 있다. 미국 스페이스X는 스타십 발사를 시작으로 2045년까지 화성에 자족도시를 건설할 계획이고 중국은 2028년 ‘톈원 3호’를 통해 화성 샘플 회수에 도전한다. 유럽연합(EU) 역시 2030년 화성 착륙 계획을 세웠다.
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