인간은 언제 화성에 정착할 수 있을까?

1.1 개요

인간의 화성 정착은 더 이상 순수한 과학 소설의 영역에만 머물러 있지 않다. 미국항공우주국(NASA)을 비롯한 세계 각국의 우주 기구와 스페이스X 같은 민간 우주 기업들이 화성 탐사 및 이주 계획을 구체화하면서 현실적인 목표로 부상했다. 인류가 화성에 지속 가능한 거주지를 건설하고 정착하기까지는 기술적 한계, 천문학적인 비용, 인간의 생존을 위협하는 환경적 요인 등 수많은 걸림돌이 존재한다. 학계와 산업계에서는 단순한 방문을 넘어선 '정착'의 시점을 빠르면 2050년대, 안정적인 생태계 구축은 2100년 이후로 전망하고 있다.

1.2 주도 기관 및 예상 시기

화성 정착을 향한 여정은 크게 정부 주도의 탐사 사업과 민간 기업의 상업적 개발로 나뉜다.

스페이스X의 일론 머스크는 가장 공격적인 일정을 제시하는 인물이다. 초대형 우주선 스타쉽을 이용해 2020년대 후반까지 무인 화성 착륙을 성공시키고, 2030년대 내에 인류를 화성에 보낸 뒤 2050년까지 100만 명이 거주하는 도시를 건설하겠다는 구상을 밝힌 바 있다.^{[2]https://www.spacex.com/human-spaceflight/mars — 일론 머스크는 2016년 국제우주대회(IAC)에서부터 100만 명의 인류를 화성에 이주시피겠다는 원대한 목표를 제시하며 스타쉽을 개발하기 시작했다.} 다만 우주 업계 특유의 일명 '엘론 타임(일정이 지속해서 연기되는 현상)'과 기술적 난이도를 고려할 때 계획대로 실현될지에 대해서는 회의적인 시각이 적지 않다.

NASA는 보다 단계적인 접근법을 취하고 있다. 아르테미스 계획을 통해 달에 지속 가능한 기지를 먼저 건설하고, 이를 전초기지로 삼아 2030년대 후반이나 2040년대 초반에 유인 화성 탐사를 시도한다는 구상이다. 국가 기관의 특성상 정착보다는 유인 탐사와 과학적 조사에 초점을 맞추고 있으나, 이들이 구축할 기반 시설은 향후 민간 정착의 토대가 될 것으로 보인다.

중국국가항천국(CNSA) 역시 2033년 첫 유인 화성 탐사를 시작으로 기지 건설을 추진하겠다는 로드맵을 발표하며 우주 경쟁에 적극적으로 참여하고 있다.^{[1]중국운재로켓기술연구원(CALT)은 2021년 국제우주탐사대회에서 2033년, 2035년, 2037년, 2041년, 2043년에 정기적인 유인 탐사를 전개하겠다는 단계적 구상을 발표했다.}

1.3 극복해야 할 주요 난제

화성 정착이 지연되는 본질적인 이유는 인간이 생존하기에 화성이 지나칠 정도로 가혹한 환경이기 때문이다.

가장 큰 문제는 지구와 화성을 오가는 수송 기술이다. 화성은 지구와의 거리가 가까워질 때도 약 5,500만 km 떨어져 있어, 현재 기술로는 편도에만 약 6개월에서 9개월이 소요된다. 재사용 가능한 대형 로켓의 완성, 우주 공간에서의 연료 재충전, 대기권 재진입 및 정밀 착륙 기술이 완벽히 검증되어야 대규모 물자와 인원 수송이 가능해진다.

생명 유지 시스템의 확보도 필수적이다. 화성의 대기는 95% 이상이 이산화탄소로 구성되어 있으며, 기압은 지상 대기압의 1% 미만에 불과하다. 평균 기온은 영하 60도에 달하며, 자기장이 없어 우주 방사선과 태양 방사선에 무방비로 노출된다. 정착민들이 상시 거주하기 위해서는 방사선을 차단할 수 있는 지하 거주구나 두꺼운 레골리스(화성 토양)층을 활용한 특수 돔 구조물이 선행되어야 한다.

자급자족 생태계 구축 또한 난제다. 화성 현지 자원 활용(ISRU) 기술을 통해 화성의 얼음에서 물과 산소를 추출하고, 토양의 독성 물질인 과염소산염을 제거하여 식량을 재배해야 한다. 모든 물자를 지구에서 보급하는 것은 경제적으로 불가능하므로, 완벽에 가까운 폐쇄형 자원 순환 시스템이 개발되어야 한다.

장기 우주 비행과 화성의 저중력(지구의 약 38%)이 인간의 신체와 정신에 미치는 영향도 여전히 연구 과제로 남아있다. 근손실, 골밀도 감소, 체액 Shift로 인한 시력 저하, 장기간의 고립으로 인한 정신적 스트레스 등을 해결할 의학적 대책이 요구된다.

1.4 전망 및 결론

인류의 화성 정착은 단일 이벤트가 아닌 단계별 프로세스로 진행될 가능성이 높다.

첫 번째 단계인 2030년대에서 2040년대는 소수의 정예 비행사와 과학자들이 방문하여 임시 기지를 운영하는 '탐사의 시대'가 될 것이다.

두 번째 단계인 2050년대 이후부터는 과학 기지가 확장되고 현지 자원 활용 기술이 정착되면서 수십 명에서 수백 명 규모의 연구원과 기술자가 상주하는 '초기 기지화'가 이루어질 것으로 예상된다.

마지막 단계인 일반인의 이주와 자립적인 도시 건설, 나아가 화성의 환경을 지구와 유사하게 바꾸는 테라포밍 등은 22세기 이후에나 논의될 수 있는 장기적인 과제다.

결국 인간이 화성에 '발을 딛는' 것은 향후 10년에서 20년 내에 가능할 수 있으나, 문명 사회를 이루고 '정착하여 살아가는' 것은 21세기 후반은 되어야 윤곽이 드러날 전망이다.

2.1 화성 표준시(Mars Coordinated Time)와 24시간 39분의 장벽

화성의 자치 주기(1 솔, Sol)는 24시간 39분 35초로 지구보다 약 39분 길다. 겨우 39분 차이지만, 이로 인해 지구의 24시간 생체 시계와 화성의 주기가 계속 어긋나는 '일주기 리듬 교란'이 발생한다. NASA의 화성 탐사선 운용 팀원들은 이미 화성 시간에 맞춰 출퇴근 시각을 매일 39분씩 미루는 생활을 체험했는데, 심각한 만성 피로와 수면 장애를 호소했다.^{[3]화성 탐사선 제mini 운영팀은 화성 시계에 맞춰 교대 근무를 진행했으나 시차적응 실패와 유사한 만성 피로와 주간 수면 질 저하로 고통받았다.} 이 때문에 향후 화성 정착민들은 지구와 완전히 분리된 독자적인 시각 체계를 사용해야 하며, 건물 내 인공 조명을 통해 강제로 생체 시계를 조절하는 기술이 필수적으로 요구된다.

2.2 우주 방사선과 지하 주거지(라바 튜브)의 필연성

화성은 지구와 달리 자기장이 거의 없고 대기가 희박하여 대량의 우주 방사선과 태양 입자선이 지표면에 그대로 도달한다. 화성 지표면에서 1년 동안 받는 방사선량은 지구에서의 연간 노출량의 수십 배에 달해, 영화처럼 지상에 유리 도밍(Glass Dome) 기지를 짓고 사는 것은 사실상 불가능하다. 이에 따라 초기 화성 정착민들의 주거지는 화성의 고대 화산 활동으로 형성된 지하 용암 동굴(라바 튜브, Lava Tube) 내부나, 화성 토양(레골리스)을 두껍게 덮은 지하 벙커 형태가 될 가능성이 99%에 가깝다. 즉, 최초의 화성 정착민들은 '우주 시대의 아파트'가 아닌 '우주 시대의 굴증(穴居)' 생활을 하게 된다.

2.3 화성 토양의 독성과 '화성 농업'의 잔혹한 현실

영화 《마션》에서는 화성 토양에 감자를 심어 자급자족하는 장면이 나오지만, 현실의 화성 토양은 생명체에게 치명적인 독성 물질인 '과염소산염(Perchlorate)'으로 가득 차 있다.^{[4]영화 속 주인공처럼 화성 흙에 사람 분뇨만 섞어서는 농사를 지을 수 없다는 뜻이다.} 이 물질은 갑상선 기능을 저하시키고 인체 장기를 손상시킨다. 따라서 화성 토양에서 작물을 재배하려면 먼저 토양을 화학적으로 세척하거나 유전자 변형 미생물로 독성을 제거하는 고난도의 제독 과정을 거쳐야 한다. 사실상 초기 정착 단계에서의 식량 생산은 토양 재배가 아닌, 완전히 통제된 밀폐 공간에서의 수경 재배나 세포 배양육에 의존할 수밖에 없다.

2.4 '지구 편향성'과 독자적 화성 법률 체계의 충돌

1967년 체결된 '외기권 조약(Outer Space Treaty)'에 따르면 어떤 국가도 천체에 대한 소유권을 주장할 수 없다. 하지만 일론 머스크의 스페이스X는 이미 스타링크 이용 약관에 "화성은 어떤 지구 정부의 관할권도 받지 않는 자유 행성"이라 명시하며 독자적인 법 체계 구축을 시도하고 있다.^{[5]https://www.starlink.com/legal/terms-of-service — 스타링크 서비스 약관 제9조 분쟁 해결 파트에는 지구 정부의 어떠한 관할권도 인정하지 않고 화성에 건립될 법체계에 따른다는 독특한 조항이 포함되어 화제가 되었다.} 지구에서 화성까지는 빛의 속도로도 통신에 3분에서 22분이 걸린다. 실시간 소통이 불가능한 시차는 지구 중앙 정부의 통제력을 급격히 약화시킬 것이며, 화성 정착민들은 자원 배분, 범죄 처벌, 환경 관리 등에서 지구와는 완전히 다른 극단적인 실용주의 바탕의 독자적 법률과 정치 체계를 발전시킬 것으로 예상된다.

2.5 화성 테라포밍의 무용론과 '인간의 생물학적 개조'

화성의 기온을 올리고 대기를 두껍게 만드는 '테라포밍(Terraforming)'은 현대 과학으로 최소 수백 년에서 수천 년이 걸리는 작업이다. 최근 연구에 따르면 화성 전역의 이산화탄소를 끌어모아도 지구 대기압의 7% 수준에 불과해, 행성 자체를 바꾸는 것은 물리적으로 불가능에 가깝다는 지적이 잇따르고 있다. 이 때문에 과학계 일각에서는 "행성을 인간에 맞게 바꾸는(테라포밍) 것보다, 유전자 조작이나 사이보그 기술을 통해 인간의 신체를 화성 환경에 맞게 개조(인간 개조)하는 것이 화성 정착을 몇 세기 더 앞당기는 현실적인 방법"이라는 파격적인 주장이 힘을 얻고 있다.