우주 영웅의 꿈

거대한 원통형 챔버의 도어가 마침내 움직임을 멈추고 쉭 소리와 함께 밀폐되었다. 강지수는 강화유리창을 통해 세계 최대의 진공 챔버 내에 구현된 인공 달 환경을 들여다봤다. 지난 2년간 밤낮없이 매달려 개발한 월면 일괄 제강 시스템 (Lunar Unified Steelmaking System), 일명 루스(LUSS)가 두 대의 월면 로보트럭 옆에 남겨져 있었다. 챔버에서 공기가 빠져나가자, 루스를 설치할 때 날아올랐던 인공 월면토 먼지가 지면으로 떨어졌다. 시험을 감독하는 엔지니어가 말했다.

“1차 시험을 시작합니다.”

로보트럭이 루스 측면의 램프를 타고 올라와 상단 투입구에 월면토를 부어 넣었다. 강지수는 루스의 내부 상태를 실시간으로 보여주는 콘솔을 가슴 졸이며 지켜봤다. 전자석이 체를 통과한 월면토로부터 산화철 함유량이 많은 입자들을 분리해 냈다. 산화철 입자는 환원 반응기에 투입되었고, 강력한 전류에 의해 가열되었다. 이어서 반응기에 주입된 뜨거운 수소가 산화철로부터 산소를 빼앗아 철과 물이 생성되었고, 물은 응축기를 거쳐 전기분해 장치로 돌아갔다.

동시에 다른 로보트럭이 기계 더미를 싣고 와 루스 측면의 리사이클러 입구에 넣었다. AI 카메라가 더미를 분석한 결과에 따라 레이저 커터를 장착한 로봇 팔이 재사용할 부품들을 분리해 배출함에 넣고, 나머지는 작은 조각으로 잘라냈다. 전자석이 철 성분의 조각들을 골라냈고, 나머지는 별도의 배출함으로 보내졌다. 철스크랩은 가열되어 불순물이 추가로 제거된 후, 월면토로부터 환원된 철과 함께 전기아크로에 투입되었다. 잠시 후 아크로에서 뜨겁게 용해된 쇳물에 합금원소가 투입되었다. 모든 과정은 각종 센서의 정보를 취합한 AI 컨트롤러에 의해 정밀하게 제어되었다. 일반적인 제철소였으면 다음 단계는 주조와 압연이었겠지만, 루스의 역할은 3D 프린터에 쓰일 강철 분말을 만들어내는 것이었다. 용융된 철이 고압의 아르곤 가스가 분사되는 챔버로 이송되었다. 미세한 금속 방울들이 냉각되면서 구형 분말이 되었고, 사이클론 분리기에서 크기별로 분류되었다. 크기가 적합한 분말은 열처리 과정을 통해 잔류응력이 제거되고 표면 특성이 개선된 후 정전기 방지 처리된 특수 용기에 담겨 배출되었다.

마침내 루스는 달에서 ISRU¹ 방식으로 철강을 생산하는 1차 시험에 통과했다.

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역사상 최대의 국제협력 프로젝트는 약 3년 전 발견된 소행성 2027 RJ82, 일명 ‘타나토스‘로부터 시작되었다. 일반적인 근지구 천체²와 달리 타나토스의 표면은 매우 낮은 알베도³ 값을 가졌고 비전형적인 궤도로 매우 빠르게 지구로 접근해 과학자들을 경악하게 했다. 지구 대기권을 거의 스치듯 지나가기 며칠 전에야 우연히 발견된, 지름 100미터 남짓한 이 천체는 기존에 알려진 어떤 소행성군⁴에도 속하지 않았다. 손을 뻗치면 닿을 듯 가까이 접근한 천체를 관찰한 결과, 타나토스의 표면은 탄소 성분이 많아 빛을 거의 반사하지 않았고 응집력이 약한 다공질(多孔質)인 것으로 밝혀졌다. 타나토스의 유래와 특성에는 아직도 모르는 점이 많았으나, 한 과학자가 세계인들을 불안에 떨게 할 가설을 제시했다. 타나토스는 극히 예외적인 소행성이 아니라, 비슷한 궤도와 성분을 가진 일군의 소행성 중 하나라는 것이었다. 1908년 러시아 퉁구스카의 외딴 지역에서 수천만 그루의 나무를 쓰러뜨리고 수백 킬로미터 떨어진 곳의 열차를 전복시키고도 지상에 흔적을 거의 남기지 않은 운석이 있었는데, 이 역시 타나토스와 같은 그룹에 속하는 소행성이었을 걸로 추측되었다. 타나토스 그룹의 소행성은 핵폭탄 이상의 막대한 파괴력을 가졌으나 구조적으로 연약해서 지면에 충돌하기 전에 폭발해 버린다. 이 때문에 퉁구스카 사건 이전에도 이러한 소행성이 빈번하게 지구에 떨어졌으나 아무런 지질학적 흔적을 남기지 않았고, 망원경이 발명된 이후로도 여러 차례 지구 가까이 지나갔으나 너무 어둡고 속도가 빨라서 관측하지 못했다는 것이었다.

UN을 중심으로 긴급히 모인 각국의 지도자들은 지구방어 시스템을 구축하기로 합의했다. 선발된 과학기술자들이 타나토스 그룹을 포함, 지구에 위협적인 소행성을 최대한 일찍 발견하고 대응하는 방법을 연구했다. 가시광선을 거의 반사하지 않는 죽음의 신 타나토스는 그리스 로마 신화의 죽음의 신을 찾아내려면 제임스웹⁵ 보다도 더욱 고성능의 우주 적외선 망원경 수십 대가 드넓은 우주를 나눠 감시해야 했고, 발견 후의 추적과 정밀한 관찰을 위해 광학망원경과 레이더 어레이가 필요했다.

더 어려운 문제는 빠르게 다가오는 소행성을 단기간 내에 막아내는 방법이었다. 첫 후보는 핵폭탄이었다. 소행성이 여러 조각으로 부서지면 대처하므로 더 어려워질 수 있어서, 소행성 가까이서 핵폭탄을 폭발시켜 궤도를 바꾸는 방법이 제안되었다. 하지만 강력한 핵폭탄과 행성 간 미사일을 개발하고 비축하는 안은 즉시 국제사회의 반대에 부딪혔다.

수많은 안이 검토된 끝에 마침내 채택된 것은 태양-지구 라그랑주점⁶ L1과 L2에 탐지 시스템과 함께 매스 드라이버⁷를 구축하는 안이었다. 다가오는 소행성이 발견되는 즉시 매스 드라이버가 다수의 스마트 투사체를 고속으로 발사한다. 그 후 원격으로 정밀 유도된 투사체들이 소행성에 연속적으로 충돌, 궤도를 점진적으로 바꾸는 계획이었다.

이 계획에 필요한 모든 시설을 지구에서 라그랑주점까지 보내려면 막대한 비용이 들뿐더러 거대한 로켓을 수없이 발사할 때 발생하는 환경문제도 심각할 것으로 예측되었다. 이 때문에 정밀한 부품은 지구에서 제조해 발사하더라도, 대부분의 자재는 달에서 현지 자원을 이용해 생산하기로 결정되었다. 이 야심 찬 계획은 ‘오딘’(ODIN, Orbital Defense Interceptor Network 궤도 방어 요격 네트워크)⁸이라고 명명되었고, 오딘 추진위원회는 이 시스템에 필요한 수많은 기술과 설비에 대한 수천 건의 RFP⁹를 공표했다.

녹색제강의 엔지니어인 강지수는 월면 철강 생산시설에 관한 RFP를 검토했다. 이 시설은 월면토와 폐기된 로켓, 고장 난 기계들을 이용해 순도 높은 강철 분말을 만들어낼 수 있어야 할뿐더러, 사람의 도움 없이 장기간 동작할 수 있어야 했다. 전례 없는 요구사항이 많은 데다 개발기간이 너무 짧았고, 제시된 예산도 부족해 보였다. 그럼에도 이 프로젝트의 상징성 때문에 여러 업체가 참여할 것이 분명했다. 주위에서는 뭐하러 실패할 가능성은 높고 돈은 안 되는 일을 하냐고 만류했다. 하지만 고민해 볼수록 그의 확신은 강해졌다.

“사장님, 이 프로젝트는 적자를 볼 가능성이 큽니다. 하지만 오딘으로부터 본격적인 우주의 산업화가 시작될 겁니다. 그때가 되면 이미 경험을 쌓고 레퍼런스를 확보한 회사가 시장을 독점할 겁니다. 반드시 성공시키겠습니다.”

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녹색제강은 최종 시험에 참가할 자격을 획득한 소수의 후보 중 하나가 되었다. 하지만 문제가 있었다. 오딘 추진위원회가 갑자기 요구조건을 강화한 것이다.

오딘은 달 남극 섀클턴 크레이터¹⁰ 가장자리의 높은 능선에 건설될 예정이었다. 이곳은 일년내내 지평선에 걸친 태양으로부터 햇빛을 받을 수 있고, 크레이터 바닥의 얼음 형태로 보존된 물에 접근하기에도 유리했다. 그러나 후보 지역을 정밀탐사한 결과, 지속적으로 햇빛을 받을 수 있는 지면은 처음 예측보다 제한적이라는 사실이 밝혀졌다. 이 때문에 태양광 발전소를 제외한 대부분의 시설은 크레이터 바깥의 비탈진 지역에 설치되는 것으로 계획이 변경되었고, 모든 시설은 햇빛을 못 받아 지표면 온도가 영하 120도까지 떨어지는 기간에 히터에 필요한 전력마저 끊기는 최악의 상황에서도 영구적인 손상을 입지 않아야 한다는 요건이 추가되었다. 루스는 강화된 요건에 따라 극저온 시험을 통과해야 했다.

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“솔더 조인트가 분리되었네요. 그런데 이런 고성능 AI 칩이 대체 왜 필요한 거죠?”

김유나가 화면을 가리키며 말했다. 그녀는 항공우주용 특수부품을 주문생산하는 스텔라엔지니어링의 대표였다. 화면에는 극저온 시험에서 고장을 일으킨 루스의 컨트롤러 기판을 엑스레이로 스캔해 삼차원으로 재구성한 CT 영상이 나타나 있었다. 그녀가 기판 중앙의 커다란 AI SoC¹¹를 확대하자, SoC 내부의 유리 기판¹² 위에 여러 다이¹³와 소자들이 패키징 된 모습이 드러났다. 다시 영상을 조작하자, SoC와 컨트롤러 기판 사이에 격자 형태로 촘촘히 배열된 솔더 조인트가 나타났다.

“폐기된 기계와 로켓으로부터 재사용할 부품을 식별하고 로봇 팔로 분리해 내기 위해 AI가 필요합니다. 또한 지구상의 공장이라면 작업자가 수행하는 유지보수, 예를 들어 필터를 교체하거나 막힌 츄트¹⁴와 센서를 청소하고 윤활유를 도포하는 등의 작업에도 로봇 팔과 AI가 필요합니다. 모든 파트를 유지보수가 필요 없도록 재개발하는 것보다, 검증된 파트를 사용하면서 사람의 역할만 로봇으로 대체하는 것이 낫거든요. 무엇보다도, 이 AI 칩에는 철강산업의 도메인 지식, 우리 회사만의 노하우, 달의 환경과 월면토에 대한 정보가 입력되어 있습니다. 예측하지 못한 상황이 발생하더라도 LLM¹⁵ 기반의 AI가 입력된 정보를 참조해 최선의 대응 방안을 추론해 냅니다.”

그녀는 고개를 끄덕이며 스캐너 영상을 확대해 솔더 조인트를 크게 보여줬다.

“생각보다 무인화는 어렵군요. 아무튼, AI SoC의 유리 기판과 메인보드의 열팽창 차이로 인해 솔더 조인트가 떨어졌어요. 폴리이미드 기판도 항공우주용으로 많이 쓰이지만, 월면 같은 극단적인 환경에는 적합하지 않아요. SoC와 메인보드가 온도 변화에 따라 미세하게 팽창하고 수축할 때, SoC의 크기와 열팽창 계수의 차이에 비례해서 길이가 차이 나게 되거든요. 이렇게 크기가 큰 AI SoC가 꼭 필요하다면, 메인보드의 열팽창 계수는 SoC의 유리 기판의 열팽창 계수와 같아야 해요.”

그녀는 여러 자료를 검색하고 검토한 끝에 결론을 내렸다.

“유리-세라믹 기판이 좋겠어요. 성분을 조절해서 열팽창 계수를 유리 기판과 일치시킬 수 있고, 폴리이미드보다 방열 성능과 우주방사선¹⁶에 대한 내구성도 우수해요. U-TLCC, 즉 초저온 적층 동시 소결 방식으로 기판을 제작하면 회로 패턴을 미세화하고 수동 소자도 기판 안에 내장할 수 있어서 지금보다 면적을 줄일 수 있을 거예요. 기판 외에도 월면 환경을 고려했을 때 개선해야 할 부분이 많이 보이네요.”

“좋습니다! 언제부터 가능할까요?”

“저희가 앞으로 6개월은 스케쥴이 다 차 있어서요. 그 후에 도와드리겠습니다.”

6개월이면 최종 시험이 끝난 후였다. 강지수는 김유나를 계속 설득했으나 스텔라엔지니어링 입장에서 중요한 방위산업 프로젝트 때문에 어렵다는 대답만 들었다. 할 수 없이 다른 업체도 알아봤지만 다들 월면의 극한 환경에서 고성능 AI SoC는 사용할 수 없다거나, 그만한 크기와 요구조건을 만족하는 U-TLCC 기판은 제작할 수 없다고만 했다. 다른 방법이 없었다. 그는 마지막으로 김유나를 다시 찾아갔다.

“김 대표님, 이건 그저 하나의 단발성 과제가 아닙니다. 인류가 극한 환경을 극복하고 우주에 본격적으로 진출하는 시발점이 될 겁니다. 그 여정에 저와 함께 해주십시오.”

그녀의 표정이 순간적으로 변했다. 창밖을 바라보며 뭔가를 떠올리는 것 같았다. 다시 입을 열었을 때, 그녀의 목소리는 바뀌어 있었다.

“사실 지난번 미팅 이후에 저도 고민을 좀 했어요. 제가 왜 공학을 공부하게 되었는지 아세요? 어렸을 때 아버지와 SF영화를 보다가, 저도 저런 우주 영웅이 되고 싶다고 했어요. 그때 아버지는 실제 우주의 극한 환경을 극복하고 인류의 우주 진출을 실현해내는 과학기술자가 진정한 우주 영웅이라고 말씀하셨죠. 해볼게요. 방산 프로젝트는 다른 업체에 넘기면 돼요.”

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강지수는 김유나와 함께 케네디 우주센터의 VIP 관람 구역에서 멀리 발사대에 우뚝 선 로켓을 응시하고 있었다. 거대한 로켓의 머리 부분에는 모든 시험을 통과한, 두 회사의 노력의 결실이 탑재되어 있었다. 최종 카운트다운 방송이 스피커에서 흘러나오자 주위의 웅성거림이 멈췄다.

“10, 9, 8,…”

김유나를 돌아봤다. 그녀의 얼굴은 긴장으로 굳어 있었으나 눈빛만큼은 기대감에 반짝이고 있었다.

“…3, 2, 1, 발사!”

그 순간 눈부신 불꽃이 로켓 아래에서 폭발하듯 터져 나왔다. 발사대를 뒤덮은 하얀 연기 사이에서 로켓이 천천히 상승하기 시작했다. 관람 구역은 로켓의 우렁찬 굉음과 환호성으로 진동했다. 눈시울이 뜨거워졌다.

“김 대표님, 마침내 우리가 해냈어요. 정말 고생하셨습니다.”

그녀가 미소 지었다.

“이제 시작인걸요.”

어느덧 로켓은 구름을 뚫고 우주로 솟아오르고 있었다.

우주 영웅의 꿈과 함께.

(한국산업기술기획평가원의 기술트렌드 매거진 ‘이슈픽’ 2024-10월호에 실린 글입니다.)