초소형 군집위성 1호기를 장착한 로켓이 발사되고 있다. 이 로켓에는 돛단배의 원리를 응용한 우주선 ‘솔라 세일’도 탑재돼 우주로 향했다. 과학기술정보통신부 제공

미국 항공우주국(NASA·나사)이 돛단배의 원리를 응용한 새로운 우주선 ‘솔라 세일(Solar Sail)’을 최근 발사했어요. 우리나라 최초의 지구관측용 초소형 군집위성인 ‘네온샛(NEONSAT)’ 1호가 지구를 떠나던 지난 24일, 미국 우주기업 로켓랩의 발사체 ‘일렉트론’에 함께 실려 우주로 향했지요. 바람의 힘으로 바다 위를 누비는 범선(돛을 단 배)의 원리가 우주에서 어떻게 활용되는 걸까요?

사방으로 돛 단 우주선 나가신다

우주 궤도에 떠 있는 솔라 세일 상상도. NASA 제공

NASA는 지난 수년간 개발해온 ‘첨단 복합 우주 범선(Advanced Composite Solar Sail System·ACS3)’을 고도 1000㎞ 궤도로 쏘아 올렸다고 최근 밝혔어요.

전자레인지만 한 크기의 이 우주선은 목표 궤도에 오르면 각 변이 9m에 달하는 거대한 삼각형 모양의 돛 4개가 활짝 펼쳐지는 게 특징이에요. NASA는 돛 4개가 모두 펴지는데 약 25분이 소요되며 돛은 가벼우면서도 단단하고 극한의 온도에도 구부러지거나 뒤틀리지 않는 소재로 만들어졌다고 설명했어요. 사람 머리카락의 40분의 1 수준의 얇은 두께를 자랑하며 겉면은 알루미늄으로 코팅돼 있지요.

우주 범선은 바람을 받아 이동하는 돛단배처럼 태양에서 날아오는 광자(빛의 입자)를 돛으로 튕겨내면서 움직일 힘을 얻어요. 처음에는 추진력이 약할 수 있지만 우주에 오래 머물수록 점차 속도를 높일 수 있지요. NASA는 우주 범선이 한 달 동안 햇빛을 받아 시속 550㎞까지 속도를 끌어올릴 것으로 기대해요. 우주 범선이 자리 잡는 ‘태양 동기 궤도’는 태양과 항상 일정한 각도를 이뤄 빛을 일정하게 받을 수 있어요.

한편 돛의 방향에 따라 지구에서도 맨눈으로 우주 범선을 관측할 수 있을 전망이에요. NASA는 “돛을 적절한 방향으로 조정하면 햇빛이 반사되면서 특정 시간 일부 지역에서 밤하늘의 별처럼 ‘우주 돛단배’를 볼 수 있다”고 설명했어요. 우주 범선은 앞으로 2개월간 궤도를 돌며 기술 검증을 이어갈 예정. NASA는 우주 돛을 만드는 기술을 발전시킨다면 미래에 돛을 축구장 절반 정도까지 크기를 키울 수 있을 것으로 내다봐요.

돛과 태양만 있다면 얼마든지 날 수 있어

솔라 세일에 달린 돛이 태양광을 튕겨내는 원리를 상상한 그림

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우주에서 솔라 세일이 돛을 펼치는 모습의 상상도

이처럼 우주에서 돛을 이용하려는 가장 큰 이유는 우주선 연료를 아낄 수 있기 때문이에요. 우주선은 연료를 계속 공급해야 움직일 힘을 얻을 수 있어요. 하지만 우주선에 실을 수 있는 연료의 양은 제한적이고, 더 많이 실을수록 더욱 무거워지지요. 반면 우주 범선은 목표 궤도에 올라간 뒤에는 햇빛만 받아도 추진력을 얻을 수 있어 추가 연료가 필요하지 않아요. 덕분에 더 오래, 저렴하게, 친환경적으로 임무를 수행할 수 있지요.

이 같은 돛의 장점에 주목해 우주 범선은 이미 우주 공간을 누빈 바 있어요. 2010년 일본에서 처음으로 돛을 단 우주선을 선보인 이후 2019년에는 미국 행성협회가 ‘라이트세일2’라는 우주 범선을 발사하기도 했어요. 각 변이 5.6m인 돛을 단 라이트세일2는 지상 600∼700㎞ 고도에서 3년 이상 지구 궤도를 돌며 임무를 수행하다 2022년 11월 대기권으로 진입하는 과정에서 기체가 불에 타 사라졌어요.

NASA는 “태양은 앞으로도 계속 타오르기 때문에 추진력이 무한하다”며 “이번 임무를 통해 풍부한 자원을 활용할 수 있는 시스템을 갖춘다면 우주 탐사가 한층 더 발전할 수 있을 것”이라고 의미를 전했어요.

▶어린이동아 전선규 기자 3q21@donga.com

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