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201907.19

[달 착륙 50주년] 달 착륙에 이은 인류의 새로운 도전은?

커뮤니케이션팀   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/962

 최초로 달 착륙에 성공한 우주선 아폴로 11호에 타고 있었던 3명의 우주인 <이미지출처=NASA> 

 

2019년 7월 20일. 내일은 꿈처럼 여겨졌던 그 일이 현실이 되었던 그 날, 바로 인류가 처음으로 달 착륙에 성공한 지 50주년이 되는 날입니다. 미항공우주국(NASA)은 달 착륙에 성공했던 아폴로 11호를 기념하는 특집 프로그램을 방송하고, 그와 관련된 비하인드 스토리를 공개하는 등 달 착륙 50주년을 자축하는 다양한 기념행사를 벌이고 있습니다. 그 역사적인 날로부터 50년이 지난 지금 세계 각국은 아폴로 11호의 바톤을 이어받아 달 탐사에 더욱 박차를 가하고 있습니다.

 


|미지의 영역, ‘달’ 속속히 파헤치는 지구

 

최초 달 착륙에 성공한 지 50년이 지난 지금도, 달 탐사를 위한 인류의 노력은 끊임없이 계속되고 있습니다. 올 초 중국은 인류 최초로 지구에서 보이지 않는 달 반대편에 탐사선 창어 4호를 착륙시켰고, 미국은 오는 2024년까지 다시 우주인을 달에 보낼 것이라는 계획을 밝혔죠. 또 인도는 머지않아 달 탐사선 찬드라얀 2호를 발사해, 세계 네 번째로 달 착륙 국가에 이름을 올릴 것이라는 포부를 드러냈습니다. 그 안에 있는 이동형 탐사 로봇은 2주 동안 자원 탐사 등의 임무를 수행하게 되죠. 또, 우리나라 역시 2020년대 달에 태극기를 꽂겠다는 일념으로 탐사를 위한 연구를 수행하고 있습니다.

 

또, 달 탐사는 비단 국가 차원에서만 시도하는 중대 과제가 아니라, 민간 업체에서도 더욱 이를 위해 힘을 싣고 있습니다. 지난 3월, 이스라엘의 국영 방산업체 항공우주산업(IAI)은 달 탐사선 ‘베레시트(Beresheet)’를 우주로 쏘아 올렸습니다. 아쉽게도 베레시트는 달 착륙에는 실패했지만, 달 표면에 도달한 네 번째 국가라는 타이틀을 얻을 수 있었죠. 또 일론 머스크가 이끄는 스페이스-X는 유인 우주선인 ‘크루 드래건’을 개발해 달 근방으로 시험비행을 나설 계획입니다. 그렇다면 인류는 왜, 이토록 달 탐사에 심혈을 기울이고 있는 걸까요?

 

  <이미지출처=Spacenews>

 

50년 전에는 달에 가는 것 자체가 큰 의미였다면, 이젠 달에서 무엇을 할 것인지가 더욱 중요해졌습니다. 먼저 달은 45억 년 전, 지구가 다른 천체에 부딪혔을 때 떨어져 나간 조각으로 추정되는데요. 결국 달은, 곧 지구의 역사를 증명할 타임캡슐과도 같은 존재입니다. 지구에서 가장 가까운 달을 먼저 알아가는 것은 더 넓은 우주를 이해하기 위한 발판이기도 합니다. 달은 심우주 탐사를 위한 중간 기지로서 좋은 위치에 있어, 달을 활용한다면 더 먼 우주로의 탐사 가능성이 높아지기 때문이지요.

 

|인류의 미래 청정에너지 연료가 되어 줄 헬륨-3

 

또 다른 인류가 달로부터 주목하고 있는 것 중 하나는, 지구에는 없는 자원이 다량 분포되어 있다는 것입니다. 달은 지금까지 많은 탐사를 통해 헬륨-3, 우라늄, 희토류 등 지구상에 희귀한 물질들이 많이 분포해 있는 자원의 보고임이 밝혀졌습니다. 특히 그중에서도 헬륨-3은 가볍고 안정한 헬륨의 동위 원소 중 하나로, 미래 에너지원으로 기대되고 있는 핵융합발전 연료로 주목받고 있습니다. 헬륨-3는 지구에 거의 존재하지 않습니다. 지구의 대기가 태양풍을 타고 날아오는 헬륨-3를 태워버리기 때문이라고 합니다. 반면에 대기가 없는 달에서는 태양에서 뿜어져 나온 헬륨-3가 표면에 그대로 쌓여 보존이 이루어지는 것이죠. 헬륨-3의 매장량이 무려 1백만t에 달할 것으로 추정하고 있습니다. 핵융합발전을 통해서는 석유 1400만t에서 생산할 수 있는 에너지를 단 1t의 헬륨-3로 얻을 수 있다고 하니 달에 엄청난 핵융합 연료가 매장되어 있는 것입니다.

 

실제로 달에서 헬륨-3를 채취해 지구로 이송할 수 있게 된다면 핵융합에너지 연구 방향도 지금과는 크게 달라질 것입니다. 현재 지구에서 핵융합 반응을 일으키기 위해서 중수소와 삼중수소를 원료로 하고 있습니다. 바닷물에서 비교적 쉽게 채취할 수 있는 중수소와는 달리, 삼중수소는 자연 상태에 거의 존재하지 않아 핵융합로 내에서 리튬과 중성자를 반응시켜 얻어내고 있습니다. 만약 달 탐사를 통해 헬륨-3를 확보하게 된다면 삼중수소를 대신하여, 헬륨-3와 중수소의 핵융합 반응을 일으킬 수 있게 됩니다. 비방사성 원소인 헬륨-3는 핵융합 과정에서 방사능이 전혀 발생하지 않아 방사성 폐기물 발생에 대한 우려에서 벗어나 완벽한 청정에너지를 만들 수 있게 됩니다.

 

 헬륨의 동위 원소 중 하나로 핵융합에너지의 연료가 되는 헬륨-3

 

|달 탐사하듯, 지금 인류는 ‘인공태양’ 탐사 중

 

아직 달의 헬륨-3를 가져올 수는 없지만, 핵융합발전을 이루기 위한 인류의 노력은 달 탐사만큼이나 활발하게 이루어지고 있습니다. ‘핵융합에너지’ 개발은 지구에서 에너지 문제 해결이라는 인류의 미래를 쥐고 있는 만큼 사상 최대의 국제 공동 연구개발 사업으로 진행되고 있습니다. 그 프로젝트의 이름은 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor), 바로 국제핵융합실험로 공동개발 사업입니다. ‘인류의 미래 에너지 개발로 나아가는 길’이라는 큰 포부를 담은, 몇십 년에 걸친 대장정이죠.

 

  7개국이 참여한 국제핵융합실험로 공동개발 사업(ITER)

 

현재 미국, 러시아, 유럽연합(EU), 일본, 한국, 중국, 일본 등 총 7개국이 참여해 ITER 프로젝트를 진행하고 있는데요. ITER는 2025년 완공을 목표로 공사를 진행하고 있으며, 현재 공정률 60% 이상을 달성했습니다. ITER는 완공된 후 장치 운영에 들어가 핵융합에너지의 실증화를 위한 본격적인 실험을 진행할 계획입니다. 이렇게 전 세계의 수많은 나라가 합심하여 ITER 프로젝트를 추진하는 이유는, 단 하나입니다. 바로 인류의 꿈인, 무한한 에너지의 실현을 위해서죠. 우리가 현재 주 에너지원으로 사용하고 있는 석유, 석탄 등은 언젠가 고갈되는 자원입니다. 자원이 고갈된다면, 인류는 에너지원을 찾을 수 없는 절체절명의 위기에 빠지게 될 테고요. 하지만, 핵융합에너지가 상용화된다면 화석 연료 없이도 고효율의 에너지를 생산하는 동시에 환경 오염 문제 또한 해결할 수 있습니다. 이처럼, 핵융합에너지의 상용화 여부에 따라 인류의 생존 당락이 결정된다고 해도 과언이 아닙니다.

 

|인류가 한계에 내민 도전장은 곧, 더 나은 세상을 만드는 동력

 

50년 전 인류가 달에 발을 내딛는 장면을 실제로 보기 전까지 달에 간다는 것은 상상 속에서나 가능한 일이었습니다. 하지만 과학기술의 발전은 이를 현실로 만들었고, 인류는 이제 그 이상의 꿈에 도전할 수 있게 되었습니다.

 

지구 위에 또 다른 태양을 만드는 격인 핵융합에너지 개발은 인류가 달에 첫발을 내딛는 것만큼, 아니 어쩌면 그보다 더 도전적인 과제입니다. 여전히 핵융합에너지의 실현을 위한 난제는 많이 남아 있습니다. 하지만 인류는 차츰차츰 한계를 극복하며, 점차 ‘무한 에너지’ 실현의 꿈에 가까워지고 있습니다. 인류 최초 인공태양 개발을 시작으로, 핵융합상용화 가능성을 검증해 줄 대형 국제 프로젝트 ITER를 결성한 것처럼 말이죠. 분명한 건 달 착륙의 성공을 위해 무수히 도전했던 수많은 연구자처럼, 끝없는 도전 후엔 결국 ‘핵융합발전 성공’이라는 값진 열쇠를 쥘 수 있는 것이라는 겁니다.

 

 

작은 발걸음으로 시작한 인류의 위대한 도약 <이미지출처=NASA>

 

1969년 7월 20일, 최초로 달에 착륙한 ‘퍼스트 맨(first man)’ 닐 암스트롱이 지구에 처음 보낸 메시지는,

바로 이것이었습니다.

 

" 이것은 한 사람의 작은 발걸음이지만,
인류에게는 위대한 도약이다 "

 

지금 연구자들의 한 땀 한 땀은, 작은 발걸음에 불과해 보일 수 있습니다. 하지만, 그 발걸음은 늘 더 원대한 꿈의 기틀을 마련할 수 있었죠. 50년 전 인류에게 위대한 도약을 안겨 준 ‘퍼스트 맨’에 이어 인류의 또 다른 도약을 선물해줄 ‘퍼스트 핵융합에너지’가 실현되는 그 날까지, 1억 도의 열정은 계속됩니다.

 

 

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