소행성 채굴: 공상 과학 소설인가 원료들의 미래 원천인가?

소행성들은 인류에 대한 미래 위협을 나타낼 뿐만 아니라, 그것들은 또한, 특히 미래를 위해, 많은 기회를 제공하기도 합니다. 현재 추정치들은 적어도 1킬로미터 직경을 가진 700,000개와 1,700,000개 사이 소행성이 있다는 점을 암시합니다. 이 소행성 다수는 화성과 목성 사이 소행성대 안에 위치합니다. 그러나 또한 대략 34,000개의 알려진 지구 근처 소행성(near-Earth asteroids; NEAs)이 있−고 약 2,000개에서 3,000개 이상이 매년 발견되고 있−습니다. 이것들 중 약간은 위협이 될 수 있고, 다른 것들은 귀중한 기회들을 나타냅니다.

매체는 때때로, 영국 면적보다 더 큰, 250킬로미터의 직경을 가진 천체, 사이키(Psyche) 같은, 소행성들에 관한 이야기들을 보도합니다. 이 소행성의 가치는, 귀중한 백금족 금속들(platinum-group metals; PGMs)의 많은 매장물이 추측되기 때문에, 700조 달러까지로 추정되었습니다. 그러나 약간의 과학자는 최근에 이 추정치들에 관해 의심을 제기했습니다. 그리고 물론, 만약 시장에 다량의 그러한 금속들이 범람한다면 이 가격들에는 전혀 도달될 수 없을 것입니다. 우리는 작년에 발사된 NASA의 사이키 탐사선(Psyche probe)이, 그것이 자기 이름을 공유하는, 소행성에 도달하는 2029년에는 더 많이 알 것입니다.

그러나 사실은 PGM들 같은 귀중한 원료들이 지구에서보다 어떤 소행성들에서 훨씬 더 높은 농도로 발견된다는 점입니다. 우리는 운석들의 분석으로부터, 6에서 230ppm(백만분율)인, PGM들의 농도가 지구의 지각에서 발견되는 것들보다 여러 배 더 클 수 있다는 점을 압니다. 이것은 대부분 소행성이 지구 같은 행성들에서 일어난 '분화(differentiation)’를 전혀 경험하지 않았기 때문입니다. 분화는 금속 같은 더 무거운 재료들이 천체의 중심핵으로 끌리지만, 규산염 같은 더 가벼운 재료들이 외층들을 형성하는 과정입니다.

당신이 소행성 채굴의 주제를 논하기 시작하자마자 곧, 당신은 많은 흔한 오해가 있다는 점을 재빨리 깨닫습니다. 하나는 소행성들이 너무 멀리 떨어져 있다는, 거리들이 너무 크다는 믿음입니다. 그러나 지도적인 전문가 존 S. 루이스(John S. Lewis)는, 달보다 더 접근할 수 있고 도달하는 데 연료를 덜 요구하는, 약 3,800개 지구 근처 소행성이 있다고 추정합니다.

당신은 또한 추출된 원료들을 운송하는 비용이 아주 많이 들어서 그것들을 채굴하는 것이 경제적으로 합리적이지 않다는 말을 종종 듣기도 합니다. 물론, 이것이 부분적으로 진실이지만, 그것은 요점을 놓칩니다. 처음으로 이 주제를 자기의 1997년 책 ≪하늘 채굴(Mining the Sky)≫에서 역점을 두어 다룬 루이스 같은 전문가들은 소행성에서 채굴한 원료들을 우주에서 사용하는 것을 지지하는 주장을 합니다. 예를 들면, 수많은 소행성은 물을 함유하는데, 이것은 수확되어 로켓 연료로 이바지하도록 수소와 산소로 분리될 수 있습니다. 소행성들로부터의 원료들은 또한 우주 정거장들이나 큰 태양 전지판들을 우주에 건설하는 데 사용될 수 있기도 합니다.

게다가, 민간 우주여행의 출현 덕분에, 재료들을 우주 속으로 운송하는 비용이 극적으로, 어림 80퍼센트만큼, 떨어졌습니다. 이 비용 감소는 대개 스페이스X가 재사용 가능 로켓 기술에서의 혁신들과 결합되었기 때문인데, 후자는 아직도 비교적 미숙한 기술입니다. 그리고 이 발전들은 자연적으로 소행성 채굴의 수익성에 현저한 영향을 끼칩니다.

브루스 윌리스(Bruce Willis)와 그의 팀이 소행성에 초중(超重) 시추기들을 가지고 오는 것을 보여주는 ≪아마겟돈(Armageddon)≫ 같은 영화들은 우리가 이 천체들에 관해 생각하는 방식을 왜곡했습니다. 사실상, 많은 소행성은, 거의 완전한 중력 부족 때문에 좀체 같이 달라붙지 못하는 물질, 날아다니는 돌무더기들에 불과합니다. 많은 경우, 중장비를 가지고 바위들을 분쇄하는 것이 심지어 필요하지도 않습니다. 반대로, 진정한 문제들은, 작은 돌무더기들에 착륙하거나 우주선 혹은 채굴 장비를 안전하게 정착시키는 방식을 발견하는 도전 과제들을 다루는 것같이, 다른 데에 있습니다. 이 과업들은 더 큰 소행성들에서는 더 실행할 수 있습니다. 그리고 채굴이 시작될 때, 중력이 부족하므로 또한 물질들이 우주로 떠다니게 되는 문제도 있습니다.

그러나 그것에 대해서도 해결책들이 있습니다. 1990년대에 NASA가 개발한 케이블-절단기 가방 원리(cable-cutter bag principle)는 소행성들로부터 물질을 효율적으로 수집하는 것을 목표로 삼습니다. 그물이나 가방이 소행성의 표면에 펴지고, 암석 표본들을 둘러싸고 붙잡는 데 케이블들과 절단 장치들을 사용합니다. 이 방법은 복잡한 정착 혹은 시추 메커니즘들 없이 통제되고 안전한 표본 수집을 허용하는데, 이것은 극미 중력에서 특별히 이롭습니다.

어떤 사람들은 또한 소행성 채굴을 위한 법적 틀이 불충분하다고 주장하기도 하지만, 이것도 역시 오직 부분적으로만 진실입니다. 네, 116개국이 비준한, 1967년의 우주 조약(Outer Space Treaty)이 “천체들(celestial bodies)”(비록 그 용어가 명백하게 정의되어 있지 않고 그것이 더 작은 소행성들을 포함하는지에 관해 법률 전문가들 사이에 논쟁이 있을지라도)의 소유권을 정말 금지합니다. 대조적으로, 2015년의 미국 상업 우주 발사 경쟁법(U.S. Commercial Space Launch Competitiveness Act)은 미국인들이 우주 자원들의 상업적 이용에 종사하는 것을 정말 허용합니다. 룩셈부르크도 비슷한 법률을 가지고 있습니다.

여러 회사가 현재 그 분야에 종사하고 있습니다. 한 회사, 애스트로포지(AstroForge)는 한 소행성의 구성을 분석하기 위해 2025년에 그것에 200kg 우주선을 발사하기로 계획하고 있습니다. 카르만+(Karman+) 같은 다른 회사들은 광학 채굴 기법을 개척하고 있는데, 이것은 우주에서 암석들을 가열하고 부수는 데 태양 직사광을 사용합니다. 이것은 물과 금속들 같은 귀중한 자원들이 소행성들에서 추출되는 것을 허용할 것입니다.

소행성 채굴은 아직 유년기에 있지만, 다음 몇십 년간에 주요 산업이 될 잠재력이 있는데, 특히, 비용들이 계속해서 수직으로 떨어지는 바로 그때, 대량의 추진체와 그 밖의 재료를 우주에 운송하는 것이 너무 값비싸기 때문입니다. 그러므로 “현장(on-site)” 생산이 훨씬 더 합리적입니다.

이것은 2024년 11월 11일 베를린에서 독일 경제인 연합회 제8차 원료 대회(8th Raw Materials Congress of the Federation of German Industries)에서 한 강연의 축약판이다.

이 글은 (링크)에서도 읽을 수 있다.

라이너 지텔만(Rainer Zitelmann)은 역사학자이자 사회학자이고, ≪부유한 자본주의 가난한 사회주의(The Power of Capitalism)≫ (https://product.kyobobook.co.kr/detail/S000001925779/), ≪반자본주의자들의 열 가지 거짓말(In Defense of Capitalism)≫ (https://product.kyobobook.co.kr/detail/S000201471405/), 그리고 ≪국가들이 가난에서 벗어나는 방법(How Nations Escape Poverty)≫(https://nations-escape-poverty.com/)의 저자이다.

번역: 황수연(전 경성대 교수)