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영화 '퍼스트맨' 보는 관객을 위해 정리한 NASA 스토리

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2018년 11월 03일 11:00 프린트하기

미국 우주 개발의 심장 NASA 60주년, 달부터 화성까지

 

 

 “우주 탐험으로 무엇을 얻을 수 있을지는 정확히 모르겠습니다. 하지만 저희의 탐험이 단순히 탐험만을 위한 탐험에 그칠 거라곤 생각지 않습니다. 우리에겐 이제까지 봤어야 했지만 보지 못한 것들이 있습니다. 지금에서야 그것들을 볼 수 있게 된 것입니다.”


1962년 미국항공우주국(NASA)의 우주비행사 면접장에서 ‘왜 우주 탐험을 하는가’라는 면접관의 질문에 훗날 인류 최초로 달에 발을 디딜 닐 암스트롱은 이렇게 대답했다. 이 내용은 10월 18일 개봉한 영화 ‘퍼스트맨(First Man)’에 고스란히 담겼다.  

 

최근 닐 암스트롱의 인류 첫 달 착륙을 다룬 영화 ‘퍼스트맨’
최근 닐 암스트롱의 인류 첫 달 착륙을 다룬 영화 ‘퍼스트맨’

미소 냉전시대에 우주 경쟁(space race)에서 옛 소련을 앞질러야 한다는, 다분히 정치적인 이유로 설립된 NASA가 올해 10월 창립 60주년을 맞았다. 암스트롱의 인류 최초 달 착륙은 NASA가 소련과의 우주 경쟁에서 거둔 첫 승리이자 미소 냉전시대를 끝내는 결정적인 계기가 됐다. NASA의 60년 역사를 따라 인류 우주 개발의 이정표가 된 굵직한 사건들을 정리해봤다.

 

‘스푸트니크 쇼크’로 설립된 NASA

 

러시아가 ‘스푸트니크’ 발사를 기념해 발행한 우표
러시아가 ‘스푸트니크’ 발사를 기념해 발행한 우표

1957년 10월 4일, 당시 소련은 세계 최초의 인공위성인 스푸트니크 1호를 발사했다. 그리고 불과 한 달 뒤, 스푸트니크 2호에 살아있는 개를 태워서 쏘아 올렸다.

 

소련과 냉전 중이던 미국에게 이 사건은 상상 이상의 충격이었다. 미국의 과학기술이 소련에 뒤쳐졌다는 사실이 세계적으로 공표된 것은 물론이거니와, 당장 군사적 위협이 될 수 있었다. 소련이 다음 발사에서는 인공위성 대신 핵무기를 쏠지도 모르는 일이었다. 상공에 스푸트니크가 지나갈 때는 대피하는 소동까지 벌어졌다. 그야말로 ‘스푸트니크 쇼크’였다. 

 

스푸트니크 1호 모조품
스푸트니크 1호 모조품

스푸트니크 쇼크 이후 미국에는 국방과 교육 분야에 많은 변화가 일어났다. 그리고 1958년 10월 1일 NASA가 설립됐다. 최기혁 한국항공우주연구원 융합기술연구센터장은 “육군, 해군, 공군, 국가항공자문위원회 등 뿔뿔이 흩어져 진행되던 우주 과학기술을 한데 모아 우주 개발을 본격적으로 시작한 것”이라고 말했다.


그런데, 1961년 4월 12일 스푸트니크 쇼크보다 더 충격적인 사건이 벌어졌다. 소련의 우주비행사 유리 가가린이 최초로 지구 궤도를 비행하는 데 성공한 것이다. 76분간의 비행을 마치고 지구로 귀환한 가가린은 지상 7km에서 낙하산을 펼치고 무사히 착륙했다. 미국이 우주 경쟁에서 소련에 패배했음이 확인되는 순간이었다. 


이후 미국은 지구 궤도를 6회 비행하는 등 우주 개발에 속도를 냈지만, 소련은 이미 유인 우주선 2기를 동시에 발사해 4.8km 이내에서 함께 궤도를 비행하는 수준에까지 이르렀다. 또한 24시간 이상 우주에 머문 최초의 우주비행사, 최초의 여성 우주비행사도 모두 소련에서 배출됐다. 미국은 소련을 역전할 방법을 강구해야 했다.

 

미국의 무인 우주 탐사 계획인 ‘파이오니어 프로그램’은 1958년 NASA가 설립되면서 본격적으로 추진됐다. 사진은 1958년 10월 ‘파이오니어 1호’ 발사 장면.
미국의 무인 우주 탐사 계획인 ‘파이오니어 프로그램’은 1958년 NASA가 설립되면서 본격적으로 추진됐다. 사진은 1958년 10월 ‘파이오니어 1호’ 발사 장면.

케네디, 유인 달 탐사 계획 선포 

 

1961년 9월 12일, 텍사스주 라이스 스타디움에 4만 명의 인파가 모였다. 당시 미국 대통령이었던 존 F. 케네디가 한 가운데 있는 연단에 올라섰다.


“우리는 달에 가기로 결정했습니다(We choose to go to the Moon). 우리는 1970년대가 오기 전에 달에 갈 것이며, 또 다른 탐사 임무를 찾을 것입니다. 이 일이 쉬워서가 아니라, 어려운 일이라는 점을 알기 때문입니다.”


미국 정부는 소련을 뛰어넘을 목표로 달을 정했다. 당시로서는 기술적으로 실현 불가능에 가까운 목표였다. 우선 달에 도착한 뒤 다시 지구로 돌아오는 방법부터 찾아야 했다. 우주선을 타고 달에 착륙했다가 그대로 이륙해 돌아오기에는 연료와 산소가 너무 많이 필요했다. 


기상천외한 아이디어들이 쏟아졌고, 그 중 유력한 방안이 서너 개로 압축됐다. 그 중 하나가 ‘달 궤도 랑데부(LOR·lunar orbit rendezvous)’ 방식이었다. 


이 방식은 우선 사령선과 착륙선으로 이뤄진 하나의 우주선이 지구에서 출발하는 것으로 시작한다. 우주선이 달 궤도에 도착하면 비행사 세 명 중 한 명은 사령선에 남고, 다른 두 명은 착륙선을 타고 달 표면으로 내려간다. 

 

(왼쪽)1965년 6월 3일 미국 최초로 우주 유영을 한 에드워드 화이트. 그는 ‘제미니 4호’ 주변에서 23분 동안 우주 공간에 머물렀다. (오른쪽) 1966년 11월 15일 제미니 계획의 마지막 우주선인 ‘제미니 12호’를 비행하고 귀환한 우주비행사 버즈 올드린(왼쪽)과 짐 로벨.
(왼쪽)1965년 6월 3일 미국 최초로 우주 유영을 한 에드워드 화이트. 그는 ‘제미니 4호’ 주변에서 23분 동안 우주 공간에 머물렀다. (오른쪽) 1966년 11월 15일 제미니 계획의 마지막 우주선인 ‘제미니 12호’를 비행하고 귀환한 우주비행사 버즈 올드린(왼쪽)과 짐 로벨.

비행사 두 명이 달에서 임무를 수행하는 동안 사령선 조종사는 달 궤도를 선회하며 이들을 기다린다. 이후 달에서 임무를 마친 착륙선은 이륙해 달 궤도에서 대기 중이던 사령선과 만나고(랑데부), 연결된다(도킹). 그리고 비행사 두 명이 모두 사령선으로 옮겨 타면 착륙선은 버리고 지구로 돌아온다. 


이 방식은 로켓의 무게와 연료를 엄청나게 줄일 수 있는 획기적인 방식이었고, 지금까지도 유인 행성 탐사의 정석으로 여겨지고 있다. 문제는 당시 어느 누구도 랑데부와 도킹을 해 본 적이 없다는 것이었다. 총알보다 10배 이상 빠르게 비행하는 우주선 두 대가 궤도를 일치시키고 가깝게 접근한 뒤 한 치의 오차도 없이 연결돼야 하는 고난도 비행술이었다.


NASA는 지구 궤도에서 랑데부와 도킹을 훈련하는 ‘제미니 계획(Project Gemini)’부터 시작했다. 케네디 대통령의 달 탐사 선언 5년 뒤인 1966년 3월 16일, 제미니 계획의 8번째 우주선인 ‘제미니 8호’가 마침내 랑데부와 도킹에 처음으로 성공했다. 이후 ‘제미니 12호’까지 발사가 이어지며 달로 향할 사전 준비를 끝마친다.

 

1966년 3월 16일 ‘제미니 8호’는 세계 최초로 지구 궤도에서 2대의 우주선을 도킹시켰다. 이때 선장이 훗날 최초로 달 탐사에 성공하는 닐 암스트롱이다.
1966년 3월 16일 ‘제미니 8호’는 세계 최초로 지구 궤도에서 2대의 우주선을 도킹시켰다. 이때 선장이 훗날 최초로 달 탐사에 성공하는 닐 암스트롱이다.

1969년, 인류 첫 달 착륙

 

제미니 계획이 끝나고 본격적으로 달로 향하는 ‘아폴로 계획(Project Apollo)’이 시작됐다. 그러나 얼마 지나지 않아 비극적인 사건이 벌어진다. 1967년 1월, 발사대에서 모의 카운트다운을 하던 ‘아폴로 1호’의 조종실에 화재가 나면서 비행사 3명 전원이 사망한 것이다.


이후 아폴로 계획은 연기됐다. 그사이 화재 발생 위험을 줄이기 위해 선실 내 대기 구성을 바꾸고, 소화기와 응급 산소마스크를 비상용 장비에 포함시켰다. 비행사들의 모습을 지구에 생중계로 전송할 카메라도 이때 처음 달았다.


약 20개월 뒤에야 아폴로 계획이 재기됐다. 그리고 1968년 12월 21일 발사된 ‘아폴로 8호’가 최초로 인간을 태우고 달 궤도를 돌아 지구로 돌아오는 데 성공했다. ‘아폴로 9호’와 ‘아폴로 10호’를 연달아 달로 발사하며 달 탐사를 향한 만반의 준비를 마친 NASA는 마침내 1969년 7월 16일 달 착륙을 목표로 ‘아폴로 11호’를 발사한다.


아폴로 11호의 대장인 닐 암스트롱은 착륙선 조종사인 버즈 올드린, 사령선 조종사인 마이클 콜린스와 함께 지구를 떠난 지 3일 만에 달 궤도에 진입했다. 이후 착륙선은 사령선에서 분리됐고, 달에 착륙을 시도했다. 


하지만 착륙 예정 2분 전, 착륙선이 목표 지점을 지나쳐 버렸다. 착륙선은 지름 182m에 이르는 거대한 크레이터로 향하고 있었다. 여기서 암스트롱의 진가가 드러났다. 암스트롱은 위기 상황에도 냉정함을 유지하는 비행사였다. 암스트롱은 자동제어를 수동으로 바꿔 크레이터 서쪽에서 396m 떨어진 지점에 착륙시키기로 했다. 

 

1969년 7월 20일 최초의 달 유인 탐사에 성공한 ‘아폴로 11호’는 NASA 역사상 단연코 가장 위대한 업적으로 꼽힌다.
1969년 7월 20일 최초의 달 유인 탐사에 성공한 ‘아폴로 11호’는 NASA 역사상 단연코 가장 위대한 업적으로 꼽힌다.

결국 아폴로 11호는 1969년 7월 20일 달 표면의 ‘고요의 바다’ 지역에 가까스로 착륙하는 데 성공했다. 그리고 암스트롱은 인류 최초로 달에 발을 디디며 인류 역사상 최고의 한 장면을 만들어냈다. 


이후 NASA는 사고로 달에 착륙하지 못하고 지구로 돌아온 ‘아폴로 13호’를 제외하고 ‘아폴로 17호’까지 계속해서 우주비행사를 달로 보내 총 6차례 달 착륙에 성공했다. 아폴로 우주비행사들은 달에 도착하면 월석을 수집하고 월진계를 비롯한 실험 장비를 달에 남겨 두는 등 임무를 수행했다. 


아폴로 우주비행사들이 가져온 월석을 통해 향후 과학자들은 달과 지구, 그리고 태양계의 초기 역사에 대한 연구를 진행했고, 달에 장착한 실험 장비에서 달의 지각 정보를 얻었다. 
암스트롱은 2012년 82세로 생을 마감했고, 올드린과 콜린스는 생존해 있다.

 

우주왕복선 시대 활짝 

 

1981년 4월 12일 케네디우주센터에서 발사된 우주왕복선 컬럼비아. 컬럼비아는 재사용이 가능한 최초의 우주왕복선이다.
1981년 4월 12일 케네디우주센터에서 발사된 우주왕복선 컬럼비아. 컬럼비아는 재사용이 가능한 최초의 우주왕복선이다.

인류 첫 달 탐사에 성공한 NASA는 아폴로 계획을 마무리하고 새로운 목표를 세웠다. 이번에는 우주 공간에 인간을 영구히 거주시키겠다는 목표를 세우고 우주정거장으로 눈을 돌렸다. NASA는 발사가 취소된 아폴로 18~20호를 개조해 ‘스카이랩’이라는 우주정거장을 만들었다.


스카이랩은 1973년 5월 14일 발사돼 지구 궤도에 진입했으며, 이후 세 차례에 걸쳐 우주비행사들이 우주선을 타고 스카이랩에 도착했다. 이들은 수십 일간 우주에 머물며 79가지의 과학 실험을 진행했고, 처음으로 우주 유영을 하며 우주정거장 외부를 수리하기도 했다. 


하지만 달 탐사의 영광은 오래 가지 않았다. 미소 냉전시대의 우주 경쟁으로 황금기를 누렸던 NASA는 냉전체제 완화와 베트남 전쟁의 발발, 사회복지 프로그램의 증가 등으로 예산이 대폭 삭감되며 암흑기에 접어들었다. 스카이랩 역시 예산 부족으로 운영되지 못해 결국 1979년 7월 대기권으로 떨어뜨려 불태워 없앴다. 


NASA가 살아남기 위한 다음 전략은 명확했다. 경제적인 우주 탐사였다. 결국 NASA는 여러 번 사용할 수 있는 우주왕복선으로 목표를 정하고 개발을 시작했다. 우주왕복선은 액체 연료를 채운 거대한 탱크와 양옆으로 고체 추진제가 들어 있는 부스터, 그리고 우주비행사들이 탑승하는 궤도선으로 구성됐다. 


이 가운데 액체 연료 탱크를 제외하고는 모두 재사용이 가능했다. 궤도선은 우주로 나갔다가 그대로 지구에 귀환할 수 있도록 설계됐고, 부스터는 바다에 떨어지면 회수했다.  


1981년 4월 12일 우주왕복선 ‘컬럼비아호’가 최초로 발사됐고, 54시간 동안 지구 궤도를 36회 시험 비행하는 데 성공했다. 이후 NASA는 ‘챌린저’ ‘디스커버리’ ‘아틀란티스’ ‘엔데버’ 등 우주왕복선을 운용하며 우주 개발을 이어갔다.


우주비행사들은 우주왕복선에서 물리학, 천문학, 생명과학 등 다양한 분야의 실험을 진행했고, 1989년에는 첫 금성 탐사선인 ‘마젤란’과 목성 탐사선인 ‘갈릴레오’를 싣고 우주로 나가 발사하는 데 성공했다. 또 1990년대에는 허블우주망원경, 찬드라 X선 우주망원경 등을 우주에 올려놨다. 


우주왕복선은 몇 차례 사고를 겪으며 2011년 7월을 끝으로 운행이 중단됐다. 현재 NASA는 우주비행사 4명을 태우고 우주로 나갈 수 있는 ‘오리온(Orion)’을 개발하고 있다.

 

우주 개발 협력의 상징, 국제우주정거장 

 

NASA는 다른 국가들과 협력해 더 큰 우주 임무를 달성했다. 사진은 ISS에 머문 39번째 팀으로(2014년), 당시 대장은 일본인 와카타 코이치(아래 가운데)였다.
NASA는 다른 국가들과 협력해 더 큰 우주 임무를 달성했다. 사진은 ISS에 머문 39번째 팀으로(2014년), 당시 대장은 일본인 와카타 코이치(아래 가운데)였다.

NASA는 예산 악화를 만회하기 위해 우주왕복선 외에 또 다른 돌파구를 마련했다. 바로 국제 협력이었다. 우주 강국으로 불리는 나라들이 합심해 국제우주정거장(ISS)을 건설하기 시작한 것이다. NASA와 러시아연방우주청, 유럽우주국(ESA), 그리고 일본우주항공연구개발기구(JAXA)를 중심으로 총 16개 국가가 ISS 건설에 동참했다.


ISS는 각 모듈을 순차적으로 발사해 우주에서 조립되는 방식으로 건설됐다. 1998년 러시아의 ‘자랴’ 모듈과 NASA의 ‘유니티’ 모듈의 도킹을 시작으로, 2010년까지 136회의 비행을 통해 ISS가 완공됐다. 


ISS는 태양전지판의 끝에서 끝까지 폭 108.5m에 길이는 72.8m로, 인류가 지금까지 우주에 건설한 가장 큰 우주 구조물이다. 우주비행사가 최대 6명이 생활할 수 있도록 6개의 침실과 2개의 화장실, 그리고 무중력 상태에서 근력 약화를 막기 위한 체력단련장 등 다양한 시설이 갖춰져 있다. 


ISS에서는 다양한 과학 실험이 진행된다. 이창수 충남대 응용화학공학과 교수는 2012년부터 NASA와 협력해 콜로이드 입자가 결합하는 원리와 과정을 ISS에서 연구하고 있다. 이 교수는 “우주는 무중력 상태라 대류 현상이 없어 순수하게 콜로이드 입자의 결합 과정을 볼 수 있다”며 “지구에서 만든 실험 장치를 ISS로 옮겨서 우주비행사가 실험을 진행하는 동시에 지구에서도 원격으로 실험 장치를 조정할 수 있다”고 말했다.

 

2020년대에는 화성으로 

 

 

60세가 된 NASA의 현재 우주 개발 목표는 화성을 중심으로 한 심우주(deep space) 탐사다. 화성 탐사에 대한 NASA의 욕망은 어제 오늘 일이 아니다. 1964년 ‘마리너 4호’를 통해 처음 화성을 관찰했으며, 1976년 7월 ‘바이킹 1호’가 화성에 착륙해 화성 표면의 사진을 지구로 전송했다.
화성은 태양계 행성 중 유일하게 인류의 거주 가능성이 점쳐지는 곳이다. 또 지하 깊숙이 물이 있을 것으로 추정되며, 이곳에 생명체 또한 있을 것으로 예상되고 있다. 


현재 NASA는 ‘화성 2020’ 프로젝트를 진행하고 있다. 이 프로젝트는 2020년 화성 탐사용 로버(화성 표면을 돌아다니며 탐사하는 탐사선)를 발사해 화성에서 시료를 채취한 뒤 이를 지구에 가지고 오게 하는 것이 목표다. 


유인 화성 탐사도 계획 중이다. NASA는 그 첫 관문으로 2026년경 달 궤도 우주정거장(LOP-G·Lunar Orbital Platform-Gateway) 건설을 추진하고 있다. 이 우주정거장은 화성 탐사의 전진기지 역할을 하게 된다. NASA는 2033년 유인 화성 탐사선을 발사하겠다는 계획도 갖고 있다. 


10월 1일 짐 브라이덴스타인 NASA 국장은 60주년 기념 영상 메시지에서 “60년간 NASA는 세계를 위해 과학과 우주 비행, 인간 탐사라는 임무를 수행했다”며 “NASA는 인간의 잠재력을 끌어올리는 데 주저한 바 없으며, 미래를 향한 궤도를 닦는 일에서도 마찬가지일 것”이라고 밝혔다.

 

*이미지 출처 : NASA 

*관련기사 :  NASA 60주년, 달부터 화성까지 (과학동아 11월호)

http://dl.dongascience.com/magazine/view/S201811N036 

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2018년 11월 03일 11:00 프린트하기

 

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