아르테미스 1호가 탑재한 다양한 과학 실험: 달 얼음지도 매핑에서부터, 효모 실험 그리고 휴머노이드 마네킹까지

■ 역자 주: 9월 3일 아르테미스 1호의 발사가 재개될 예정이다. 지금까지 그 어떤 로켓보다도 강력한 로켓을 탑재한 아르테미스 1호는 아르테미스 3호의 유인 달 왕복을 위한 시험 비행 외에도 다양한 과학적 실험이 동승하고 있다. 40억 달러에 달하는 이 번 발사는 그 막대한 비용 회수에 고심이라도 한 듯 달 표면 얼음의 지도화를 위한 소형 위성 발사, 달의 방사선 환경을 측정하기 위한 작은 달 착륙선 발사, 소행성으로 향하는 태양돛을 단 큐브, 방사선 판독을 위한 효모 실험, 방사선이 인체 특히 여성에 미치는 영향을 연구하기 위한 휴머노이드 마네킹 탑승이 포함하고 있다. 여성 휴머노이드 마네킹 탑승은 우주 탐사에 대한 여성의 참여를 증가시키는 것을 목표로 하고 있다. 현재 나사 엔지니어 중 30%가 여성이다. 최초의 달 착륙선이 달과는 거리가 먼 태양신 아폴로로 명명된 것과 대조적으로 이 번의 아르테미스 계획은 아폴로의 쌍둥이 자매이자 달의 신인 아르테미스로 명명된 것은 확실히 여성의 우주 계획 참여 확대를 목표로 하고 있음을 드러낸다. 이 글은 Nature의 8월 24일 자 기사 NASA’s Artemis Moon mission is set to launch: here’s the science on board의 번역으로 아르테미스 1호에 동승하게 될 다양한 과학적 실험을 소개하고 있다.

나사(NASA)의 아르테미스 달(Artemis Moon) 임무가 시작될 예정이다. 여기에 과학이 승선해 있다.

지금까지 만들어진 가장 강력한 로켓은 인공위성과 방사선 실험을 싣고 곧 달로 향할 것이다.

Alexandra Witze

아르테미스 1호가 비행하는 동안, 오리온 캡슐은 달을 지나 42일 후에 지구로 돌아올 것이다. 사진: NASA

루이스 제아(Luis Zea)는 이번 달 줌(Zoom)에서 자신의 생물학 실험에 대해 말하면서 웃음을 멈출 수 없었다. 그는 플로리다의 동쪽 해안에 있는 나사의 케네디 우주 센터에서 우주로 날아갈 장비를 준비하고 있었다.

그러나 효모 유전자가 심우주 방사선에 어떻게 반응하는지 시험할 이 장치는  오래된 로켓을 타고 날지 않을 것이다. 나사의 우주 발사 시스템 (Space Launch System, SLS)의 첫 비행에 탑승하게 될 것이다.

모든 것이 계획대로 진행된다면, SLS는 8월 29일 발사대에서 이륙하여 우주 비행사를 태울 수 있는 무인의 작은 캡슐로 우주로 날아갈 것이다. 오리온(Orion)이라고 불리는 이 캡슐은 인간을 위해 제작된 어떤 우주선보다 더 멀리 달 주위를 비행하고 42일 후에 지구로 돌아올 것이다. 나사는 앞으로 몇 년 안에 우주 비행사를 달에 보내기 위해 이 캡슐을 사용할 계획이기 때문에 시험 비행은 매우 중요하다. 이런 일이 일어난다면 인간이 지구 저궤도 너머를 여행하는 것은 1972년 아폴로 17호 우주비행사들이 달에서 돌아온 이후 처음이다.

많은 다른 사람들과 함께 시험 비행을 하게 될 제아의 실험은 오리온의 우주 비행사 좌석 중 하나 아래에 자리 잡을 것이다. "우리는 우주 비행 과학 연구의 새로운 시대에 도달했습니다."라고 콜로라도 볼더 대학의 항공 우주 엔지니어인 제아가 말했다.

그 아이디어는 40억 달러 이상의 시험 비행의 결과를 최대화하는 것이다. 이 비행의 다른 과학적 탑재물로는 달에 있는 얼음 지도를 만들 두 개의 작은 위성, 소행성을 향해 갈 태양 돛, 그리고 방사선이 인체의 내부 장기에 어떻게 영향을 미치는지 측정할 휴머노이드 마네킹이 있다. 어떤 실험들은 달 주위를 돌고 돌아올 것이고, 다른 실험들은 우주로 배치될 것이다. 일본의 작은 착륙선 중 하나는 달에 착륙할 계획도 있다. 시도가 성공하면 일본은 달에 연착륙한 네 번째 국가가 된다.

아르테미스 1호로 명명된 이 비행은 NASA가 아르테미스 프로그램이라고 부르는 첫 번째 비행이다. 그리스 신화에서 아폴로의 쌍둥이 자매의 이름을 따서 붙여진 이름인데, 이는 아폴로가 달에 처음으로 우주인을 보낸 아폴로 계획의 현대적 화신이라는 것을 의미한다. 아르테미스 2호는 2024년 이전에 달 주위를 비행할 것이다. 그리고 아르테미스 3호는 달의 남극 근처에 승무원을 착륙시킬 것이다. 2025년 이후로 예정된 이 임무에는 달 표면에 발을 디딘 최초의 여성이 포함될 것이다.

히치하이킹

2개의 고체 로켓 부스터와 4개의 강력한 엔진으로 구동되는 아르테미스 1호의 발사일에 SLS는 하늘로 천둥을 치며 빈 추진제 탱크를 바다에 떨어뜨린 다음 오리온에서 분리된다. 캡슐은 달을 지나 비행할 수 있는 더 작은 유럽에서 만들어진 추진 시스템을 사용할 것이다.

그 과정에서 과학적 실험이 시작될 것인데 적어도 과학자들은 그렇게 되기를 바란다. 발사 몇 시간 안에 우주선은 10개의 작은 '큐브샛'(cubesat) 위성을 우주에 배치할 것이다. 그러나 이 중 5개의 배터리는 플로리다의 로켓에 부착된 이후로 충전되지 않았으며 일부 경우에는 1년이 넘었다. 일부 연구원들은 배터리가 큐브샛이 계획대로 작동하기 시작하기에 충분한 전력이 없을 수 있다고 우려한다.

그들이 성공적으로 배치되었다고 가정하면 두 개의 큐브위성이 다른 방식으로 달 표면의 얼음을 매핑할 것이다. 나사는 달의 얼음이 태양계 역사의 얼어붙은 기록을 보존하고 미래의 인류 탐험가를 위한 자원으로 사용될 수 있기 때문에 달의 얼음에 관심을 갖고 있다. 궤도를 도는 우주선은 이미 달의 극지방에 그림자가 있는 분화구에 얼음이 있다는 것을 보여주었다. 아르테미스 3호는 이 얼음을 연구하기 위해 남극에 승무원을 착륙시키는 것을 목표로 하고 있으며, 아마도 나사가 관심 있는 지역으로 지정한 13개 지역 중 하나일 것이다. 그러나 달 과학자들은 얼음이 어디에 있고 얼마나 있는지 정확히 알지 못한다.

아르테미스 1에서 발사되는 얼음 매핑 큐브 위성 중 하나는 달의 남극 상공에서 낮게 비행하여 수소의 형태로 물을 찾을 것이다. 루나H 지도(LunaH-Map)로 알려진 이 지도는 수소가 어디에 있는지를 나타내는 중성자의 고해상도 지도를 만들 것이다. "그것은 우리에게 물의 얼음이 어디에 있는지 알려줄 것입니다, "라고 템페에 있는 애리조나 주립 대학의 행성 과학자이자 그 임무를 위한 수석 연구원인 크레이그 하드그로브(Craig Hardgrove)는 말한다. 루나 달 큐보(Lunar Ice Cube)라고 불리는 두 번째 큐브는 적외선 분광계를 사용하여 표면에 있는 물의 특징을 찾기 위해 얼음 지도를 그릴 것이다. 그것은 얼음이 분포하는 곳에 대한 또 다른 시각을 제공함으로써 루나H-지도의 중성자 지도를 보완할 것이다.

세 번째 큐브샛은 일본 착륙선이다. 오모테나시(おもてなし , Omotenashi, '환대'라는 의미 - 역자 주)라는 이름의 이 우주선은 달 표면을 향해 직접 날아가고 그 위로 몇 백 미터 떨어진 에어백 쿠션이 있는 작은 탐사선을 발사한다. 

탐사선은 자유 낙하하여 표면에 부딪힌 다음 지구와 통신하고 방사선 환경을 측정하려 할 것이다. 불과 700그램으로, 그것은 지금까지 가장 작은 달 착륙선이 될 것이라고 사가미하라에 있는 일본 항공 우주 개발 기구의 프로젝트 매니저인 타츠아키 하시모토(Tatsuaki Hashimoto)가 말했다.

지구 근방 소행성 정찰기라고 불리는 다른 큐브는 달이 아닌 소행성으로 향할 것이다. 이 우주선은 86평방미터의 태양 돛을 펼치는데, 이는 본질적으로 얇은 조직막으로, 마치 배가 바람을 타고 항해하는 것처럼 햇빛의 압력을 이용하여 우주를 항해할 것이다. 그것의 목표는 2020 GE라고 불리는 작은 소행성이다. 아르테미스 1호가 발사된 지 몇 달 후 임무가 성공적으로 이루어지면 이 정찰병은 소행성을 천천히 지나며 사진을 찍고 구성 요소를 연구할 것이다. 캘리포니아 패서디나에 있는 나사 제트 추진 연구소의 행성 과학자이자 이 임무의 수석 과학 연구원인 줄리 카스티요-로제즈(Julie Castillo-Rogez)는 이 비행이 새로운 카메라와 심우주 임무의 데이터를 압축하고 전송하는 혁신적인 방법을 테스트할 것이라고 말했다.

방사선 판독

다른 실험들은 오리온이 달을 통과하면서 오리온에 남아있을 것이며, 그중에는 살아있는 유기체에 대한 방사선의 영향을 시험하기 위해 고안된 여러 가지 실험들도 포함될 것이다.

제아의 실험은 오리온 캡슐이 심우주에 있으면 시작된다. 치명적인 우주 방사선으로부터 지구 생명체를 보호하는 지구 자기장의 보호막을 벗어나면 펌프가 작동하여 특수 배양액을 동결 건조 효모가 든 봉투에 밀어 넣기 시작한다. 효모는 약 3일이 소요될 모든 액체를 섭취할 때까지 자고 그런 다음 죽는다. 오리온이 캘리포니아 해안에서 착수했을 때 제아와 그의 동료들은 봉투를 회수하고 방사선 노출이 효모 DNA에 어떤 영향을 미쳤는지 연구할 것이다.

두 개의 마네킹 헬가와 조하르는 여성들에게 우주 방사선이 미치는 영향을 실험하기 위한 일환으로 아르테미스 1호에 탑승할 것이다. 조하르는 보호 조끼를 입을 것이고 헬가는 입지 않을 것이다. 사진: StemRad

내년에 그들은 결과를 비교하기 위해 방사선에 덜 노출된 국제 우주 정거장에서 비슷한 실험을 할 것이다. 어떤 유전자가 가장 영향을 받는지, 효모 DNA가 방사선 손상을 복구할 수 있는지 여부를 연구하면 미래의 우주비행사들이 먼 우주로의 장거리 여행에서 건강을 유지하는 데 도움이 될 수 있다고 제아는 말한다. 효모는 인간과 필수 유전자의 70%를 공유한다.

다른 방사선 실험에는 인공 장기에 방사선 모니터가 있는 오리온의 좌석에 묶이게 될 한 쌍의 '여성' 마네킹이 포함된다. 조하르(Zohar, 유대교 신비주의인 카발라의 가장 중요한 경전으로 '광휘'[radiance]라는 의미가 있음 - 역자 주)라는 이름의 하나는 보호 조끼로 보호될 것이고, 다른 헬가(Helga, 고대 독일어에서는 '신성한'[holy] 그리고 고대 인도유럽어에서는 '건강'[health]이라는 어원에서 옴 - 역자 주)라는 이름의 다른 하나는 그렇지 않을 것이다. 쾰른에 있는 독일 항공우주 센터가 이끄는 이 실험은 방사선이 인체에 미치는 영향을 더 잘 정량화하는 것을 목표로 하고 있다. "우주를 더 탐험하면서, 우리는 그 차이에 대한 더 많은 정보를 수집할 수 있기를 바랍니다, "라고 텍사스 휴스턴에 있는 나사 존슨 우주 센터의 방사선 생물학자인 라모나 가자(Ramona Gaza)가 말한다.

나사의 우주비행사에 대한 현재 방사선 한도는 여성이 더 일찍 노출 임계값에 도달했기 때문에 남성 우주비행사의 비행 기회를 더 많이 제공한다. 기관은 여성 우주비행사를 덜 차별하는 새로운 기준을 채택하기 위해 노력하고 있다고 가자는 덧붙인다.

나사가 여성이 달 탐사에 더 많이 참여할 수 있도록 하는 목표를 달성하려면 이는 매우 중요하다.