로봇 문명 1편 : 새로운 동력의 실험실

지구에서 인간 문명이 발전하면서 에너지 수요는 폭발적으로 증가해 왔다. 그러나 지구상의 자원에는 한계가 있고, 화석연료 고갈이나 기후 변화와 같은 문제들이 현시화되면서 우주는 새로운 에너지 원천을 모색하는 거대한 실험실이 되고 있다. 태양계 공간에서 무한에 가까운 태양에너지와 미개발 자원들은 지구 에너지 한계를 극복할 돌파구로 여겨진다. 인류는 이제 지구 바깥 우주에서 에너지를 확보하는 다양한 기술을 실험하며, 이를 통해 지구 자원 고갈 문제를 해결하고 지속 가능한 미래를 그리려 하고 있다.

우주에서 에너지를 얻기 위한 현재 구상들은 크게 세 갈래로 나뉜다:

태양광 위성: 지상보다 훨씬 강렬한 태양빛을 지구 궤도에 있는 거대 위성으로 모아 마이크로파나 레이저로 변환, 지구에 전송하자는 아이디어다. 대기의 간섭도 없고 밤낮 주기도 없어 24시간 발전이 가능하다. 실제 연구에 따르면 우주 태양광 발전은 지상 태양광 패널보다 8배 이상의 에너지 생산도 가능하다고 한다. 2023년 미 캘리포니아공대는 소형 실험 위성을 통해 무선으로 전력을 지구에 전송하는 데 세계 최초로 성공하며 이 개념의 실현 가능성을 보여주었다. 이러한 우주 태양광 발전 위성이 현실화된다면, 단일 위성으로도 수 기가와트 (대형 원자력 발전소 1기의 발전량) 의 전력을 지구에 공급할 수 있을 것으로 기대된다. 이는 수백만 가구에 전력을 공급하는 규모로, 지상에서 같은 전력을 내려면 태양광 패널 수백만 장이 필요하다. 다만 이를 위해서는 지름 1km 이상의 거대한 위성과 수십 km²에 이르는 지상 수신 안테나가 필요하며, 막대한 건설 비용이 든다는 문제가 있다. 추산에 따르면 기가와트급 태양광 위성 구축에는 수백조 원대의 초기 투자가 소요될 수 있다. 또한 전력 전송을 위한 거대한 마이크로파 빔의 안전성, 위성 제작을 위한 자원 채굴과 같은 기술적·윤리적 과제들도 남아 있다. 그럼에도 일본, 미국, 유럽, 중국 등 여러 국가와 민간 기업들이 소형 실증 위성을 쏘아 올리는 등 우주 태양광 발전의 가능성을 적극 탐색하고 있다.
달 및 소행성 자원 채굴: 달과 소행성에 매장된 자원을 활용해 에너지원이나 연료를 얻는 구상이다. 달에는 지구에는 드문 헬륨-3 동위 원소가 풍부한데, 이는 방사성 폐기물이 거의 없는 핵융합 연료가 될 수 있어 이상적인 에너지원으로 꼽힌다. 아직 헬륨-3 핵융합이 실용화된 것은 아니지만, 이 자원을 확보하려는 노력은 과학계와 우주강국들의 관심을 끌어왔다. 달에 100만~150만 톤가량의 헬륨-3가 매장돼 있는 것으로 추정되며, 이는 핵융합 기술이 상용화될 경우 인류가 약 1만 년 동안 전 세계 전력 수요를 충당할 수 있는 방대한 양으로 평가된다. 예컨대 중국의 달 탐사에서는 헬륨-3 존재량 분석이 이루어졌고, 미국에서도 달 자원 이용을 아르테미스 프로그램의 중요한 부분으로 삼고 있다. 소행성 또한 막대한 금속자원의 보고다. 일부 소행성에는 수조 달러 상당의 금·백금·희토류 금속 등이 매장되어 있다는 분석도 있으며, 천문학자 닐 디그래스 타이슨은 “인류 최초의 조만장자는 소행성 광산에서 나올 것”이라고 말하기도 했다. 이러한 우주 채굴이 현실화된다면, 희소 금속 자원의 부족 문제를 해결하고 지구 환경을 파괴하지 않고도 필요한 물자를 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 예를 들어 전기차·스마트폰 등에 필수적인 희귀 금속을 우주에서 조달하면 지구 생태계를 훼손하지 않으면서 기술 발전을 지속할 수 있다. 뿐만 아니라 물 역시 달의 극지나 탄소질 소행성에 존재하는데, 물은 전기 분해를 통해 로켓 추진제와 우주 식민지의 생명유지 자원으로 활용 가능하다. 장차 달 기지나 화성 거주지의 연료와 식수를 현지에서 조달함으로써, 지구로부터 에너지 자원을 운반하는 부담을 줄이고 우주 탐사의 지속성을 높일 수 있다.
우주 원자력 발전과 추진: 우주 공간에서 원자력 에너지를 이용하는 방안도 적극 모색되고 있다. 태양광만으로는 한계가 있는 장거리 우주임무나 달 극지의 354시간(약 15일)동안 밤에 전력을 공급하기 위해, 소형 원자로를 우주에 설치하는 구상이다. 실제로 NASA와 미국 에너지부는 2030년까지 달 표면에 40kW급 소형 원자로를 설치해 달 기지와 탐사 장비의 전력원으로 사용하겠다는 계획을 추진 중이다. 태양광 패널과 방사성동위원소 전지에 의존하던 종전 방식으로는 2주에 달하는 달밤을 견디기 어렵기 때문에, 안정적 에너지원으로 원자로를 선택한 것이다. 러시아와 중국 또한 공동으로 2030년대 중반 달 기지에 원자력 발전소를 세우겠다는 협약을 발표하며, 태양광 없이도 상주 기지에 전력을 공급하려는 움직임을 보이고 있다. 우주에서의 원자력 발전은 진공과 극한 온도에서도 장기간 지속적으로 작동할 수 있는 기술로서, 향후 화성이나 심우주 탐사 기지에도 필수적인 인프라가 될 전망이다. 한편 추진 분야에서는 원자력 추진 로켓이 재조명되고 있다. NTR은 원자로의 열에너지를 추진제로 변환해 분사하는 엔진으로, 추진 효율이 화학로켓의 세 배 이상에 달해 행성 간 비행 시간을 크게 단축할 수 있다. NASA와 미 고등연구계획국은 2027년까지 원자력 로켓 실험을 우주에서 실시할 예정이며, 이 기술이 완성되면 수개월 걸리던 화성 왕복 기간을 획기적으로 줄여줄 것으로 기대된다. 우주 원자력 추진은 더 무거운 탑재체를 싣고 더 먼 거리를 갈 수 있게 해주므로, 궁극적으로 심우주 탐사의 범위를 넓히고 지구-우주 간 물자수송 경제를 개척하는 데 기여할 것이다.

살펴본 우주의 에너지 기술들은 지구 자원 한계와 직결된 필요에서 비롯되었다. 인류의 에너지 수요가 커질수록 지구 환경과 자원에 가해지는 압박은 심화되는데, 우주는 이러한 압력을 완화할 안전판 역할을 할 수 있다. 예컨대 우주 태양광 발전이 실용화되면 지구에서 밤이나 기상 조건에 구애받지 않고 무공해 에너지를 지속 공급할 수 있고, 이는 화석연료로 인한 기후 문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 것이다. 달과 소행성의 광물 자원을 활용하면 지구에서의 무분별한 채굴을 줄이고 지속가능한 자원 순환을 이룰 수 있다. 우주로 눈을 돌림으로써, 한정된 지구의 파이 안에서 제로섬 경쟁을 하기보다 인류 활동 무대를 확대하여 새로운 부와 에너지를 창출할 수 있다는 것이다. 물론 이러한 구상들은 아직은 막대한 기술적 도전과 초기 투자 비용을 동반되기에 미래의 이야기다. 하지만 냉전 시대에 인류가 우주에 도전하여 달에 발자국을 남겼듯이, 21세기에는 에너지로 향한 우주 개척이 우리 앞에 놓인 거대한 도전이자 필연으로 보인다. 지구 밖 우주를 에너지의 원천으로 삼는 일은 인류 문명이 지속 성장하기 위한 새로운 모험이며, 동시에 지구라는 요람의 한계를 넘어서는 의미 있는 발걸음이다.