KIGAM 한국지질자원연구원



김경자 책임연구원(위)

행성표면조사, 행성 지질 기원 및 생성의 역사에 대해 연구를 수행해왔으며, 2016년부터 연구에 돌입한 감마선 분광기를 최근 한국형 달 궤도선인 다누리호에 탑재했다. 현재 연구중인 달 현지자원활용 기술을 통해 인류가 ‘달 자원 탐사 시대’ 로 한걸음 다가갈 수 있기를 희망한다.

최이레 선임연구원 (아래)

2016년~2022년 현재까지 다누리호에 탑재된 달 진화 추적 및 미래 달 기지 건설 활용을 위한 자원탐사용

감마선분광기 개발 및 활용 프로젝트를 수행하고 있다. 또한, 지질재해연구본부 활성지구조연구센터의 일원으로 판내부 활성지구조특성 연구 및 단충분절모델 개발/선진 원격탐사 기반 중대 지질재해 연구시스템 개발에 매진하고 있다.

달 자원을 찾아 미래를 꿈꾸는 인류

최이레 과거부터 인류는 세계 곳곳의 땅속에 묻힌 유용한 자원을 찾고 개발하기 위해 무한한 경쟁을 펼치고 있습니다. 이를 통해 철, 석탄, 석유, 금, 다이아몬드 등과 같은 다양한 지하자원들이 개발된 것이죠. 지금은 이러한 자원을 활용해 편리하고 윤택한 생활을 누리고 있습니다. 문제는 지구에 묻힌 자원이 무한하지 않다는 거죠. 자원에 따라 남은 양은 다르지만, 인류가 지속해서 지구의 자원을 땅속에서 캐낸다면 언젠가 고갈될 것이 분명한 일입니다. 이 사실을 인지한 이후부터, 부족한 자원에 대한 해답을 무한한 가능성이 열려 있는 ‘우주’에서 찾게 된 거죠.

김경자 이젠 사람들이 자원 부족 현상을 체감하기 시작했습니다. 희소 자원을 가져다 무기화하는 상황들이 일어나기 때문이죠. 특히, 희토류 같은 경우는 사실 미국에서도 개발할 수 있지만, 희토류 개발로 인한 환경오염이 심하기 때문에 중국이 개발 독점을 하고 있어요. 개발 비용에 따라 어느 국가는 자원이 있어도 개발하지 않을 수 있고, 환경 관련 문제가 발생함에 따라 여러 가지 공익 때문에 개발하지 않을 수 있습니다. 중국이 개발에 집중하는 이유는 아무래도 경제적인 목적이 크다 보니, 자원에 대해 독점을 하게 된 중국이 자연스럽게 가격도 컨트롤하게 됐습니다. 여러 나라들이 중국에 대한 희토류 의존도를 낮추기 위해 다양한 연구를 진행하고 있는데, 지구에는 없는 다양한 자원들이 달에 있다는 사실을 발견하게 됐습니다. 지난 엘크로스 탐사 때 발견된 희귀 금속들이 그 예라고 볼 수 있습니다. 소행성이 부딪혀서 축적된 자원들인 거죠. 이 희귀 금속을 분리해서 채취하면 지구에서 가치 있는 광물이 될 수 있습니다.

최이레 달에 존재하는 희귀 원소 중에서도 희토류 ( Rare Earth Elements ) 와 헬륨 -3 ( Helium - 3 ) 는 미래 자원으로 활용할만한 가치가 어마합니다. 희토류는 영어로 ‘Rare Earth Elements’로 지구에 희귀한 원소라는 뜻인데요, 희토류에 속한 모든 원소의 지구 매장량이 적은 것은 아닙니다. 대표적으로 세륨 ( Ce ) 은 구리와 비슷한 양이 지구에 매장돼 있습니다. 하지만 구리처럼 한 곳에 뭉쳐 있지 않고 흩어져 있어 경제성이 훨씬 떨어지죠. 그럼에도 희토류 중 일부 원소는 금보다 비싼 가격에 거래되고 있습니다. 전자제품이나 친환경 에너지 분야 제품을 만드는 데 핵심 재료로 쓰이기 때문입니다. 최근 이들의 수요가 폭증하고 있고, 앞으로 최첨단 산업이 발전하면 할수록 희토류에 대한 수요량이 폭발적으로 증가할 것으로 예측됩니다.

새로운 에너지원인 헬륨 - 3는 핵융합 발전을 할 수 있는 자원으로, 100톤의 헬륨 - 3를 에너지원으로 이용할 경우에는 온난화 문제나 공해, 방사능에 대한 문제 없이 전 인류가 1년간 사용할 에너지를 생산할 수 있다는 추정이 나오고 있습니다. 지구에서 사용할 수 있는 청정 에너지원으로 손색이 없는 것입니다. 다만, 아직 까지는 기술적 난관이 많이 남아 있어 헬륨 - 3를 활용하는데 비관적인 시각이 없지 않아 있어요. 무엇보다 경제성을 확신할 수 없다는 이유도 존재하고 있죠. 하지만, 새로운 우주 탐사 러쉬 열풍이 자본과 기술을 집중시키고 있기에 극복이 가능할 것으로 여겨집니다.

다음 세대를 위한 준비태세

김경자 이번에 다누리에 탑재된 감마선 분광기가 큰 역할을 하리라고 기대하고 있습니다. 연구원에서 달 표면 물질의 원소 분석을 위해 ~30keV부터 12MeV의 감마선 에너지 범위 내 책정이 가능한 소형 Talk감마선 분광기 ( KPLO Gamma Ray Spectromer, KGRS ) 시스템을 개발했습니다. 우주에서는 태양이나 각종 행성으로부터 눈에 보이지 않는 입자가 계속해서 떨어집니다. 그 입자가 달 표면에 있는 원소들과 반응을 일으켜 감마선이 발생하게 되는데요, 감마선 분광기는 달 궤도 100km 상에서 궤도를 빙글빙글 돌면서 감마선을 측정하는 장비입니다. 측정한 감마선은 이전에 다른 나라가 진행한 탐사로 지도화했던 달의 원소를 더욱 정확하게 측정합니다. 또한, 한국 자체적인 달에 대한 원소 지도를 만들기 위한 임무를 합니다. 다양한 원소 지도가 생성되면, 한국에서 달 착륙선을 보내게 됩니다. 착륙선 후속으로 자원을 실제로 어떻게 활용할지에 대한 계획을 세웁니다. 원소 지도가 계획에 대한 기본 참고 자료로 사용된다고 볼 수 있겠네요.

최이레 달 탐사는 다른 행성을 탐사하는 전초기지로 활용할 수 있습니다. 인류에게 있어, 보다 도전이 가능하면서도 야심적인 행성 탐사를 위한 목표의 발판이라고 할 수 있습니다. 특히 달 기지 건설이 중요 과제로 주목받고 있습니다. 로켓을 발사했을 때, 지구 궤도를 벗어나기까지 엄청난 추진체가 사용됩니다. 이때, 달에 기지를 건설하면 소비했던 에너지들을 다시 기지에서 보충을 할 수 있게 됩니다. 보충한 에너지를 기반으로 다음 목표인 화성 또는 소행성 혹은 그 너머로 나아갈 수 있습니다.

그리고, 여러 관점에서 경제적인 가치가 무궁무진합니다. 다른 나라보다 선제적으로 달 표면에 착륙하여 실제 탐사를 진행하면 깃발을 꽂게 됩니다. 우스갯소리로 ‘여기는 우리 땅이다’라는 선전포고를 하는 것이죠. 달 탐사 사진을 보면 깃발을 꽂고 엄지를 치켜세운 우주인들을 많이 봤잖아요? 이런 이유에서 시작되었다고 보시면 됩니다. 그냥 지나쳐 갈 수 있는 장소가 아니라 무조건 정차 해야 하는 우주의 핵심 정류장이라고 볼 수 있습니다. 달을 포함하여 우주는 인류에게 공평하게 다루어져야 하는 선물이기 때문에 향후에 어떻게 분배가 될지 대한 이야기가 나오고 있는 시점입니다. 우주의 패권을 노리는 미국과 중국을 포함한 나라들이 아르테미스 프로그램, 중국 우주 굴기 등 달 탐사에 다시금 집착하는 이유도 여기에 있겠죠.

김경자 사실 아직 많은 대중이 우주 과학에 예산을 투자하는 데에 반감을 지니는 경우가 많습니다. ‘경제가 어려운데 무슨 우주에 투자하냐.’라는 얘기가 나오기도 하거든요. 우주 과학을 연구하는 연구자들이 대중들에게 설득력 있게 다가가 우주 과학이 미래 효용가치가 있다는 사실을 설명해야 합니다. 이번 다누리호 발사가 구체적인 성과를 낼 수 있는 이벤트라고 볼 수 있습니다. 이후 후속 사업에 대한 기대도 엿볼 수 있겠네요.

탐사 이후 집중적으로 생각하고 있는 과제는 ‘나사 ( NASA ) 협력 협정’입니다. 협정이 완료되면 달, 화성, 소행성 자원을 조사하고 탐색하고 추출할 수 있는 장비를 개발하는 장기적인 프로젝트를 준비할 예정입니다. 이제는 다가올 미래에 대한 독자적인 달 자원 개발을 위한 노력이 절실한 때입니다. 장기적인 비전이 실현될 수 있도록 쏘아 올린 다누리호의 성공을 매개로, 더욱 체계적인 우주 정책이 나오길 바랍니다.