[우리나라의 우주 개발이 속도를 내고 있습니다. 올해 6월 한국 최초의 우주발사체 '누리호' 발사가 성공했고, 8월 쏘아올린 달 궤도선 '다누리호'는 우주에서 영상과 사진, 문자를 보내오고 있습니다. 우주에 관한 높아진 관심과 호기심을 풀어주기 위해 경제관료 출신 이철환씨가 최근 출간한 <우주패권의 시대,4차원의 우주이야기>중 일부를 저자와 협의해 칼럼 형식으로 게재합니다]

우주개발에는 엄청난 비용이 든다. 과학기술 지식과 생산현장 경험 등을 총동원해 기존에는 존재하지 않던 새로운 기술을 개발해내야 하기 때문이다. 그동안 아폴로 계획을 비롯한 대형 우주개발 프로젝트들은 국력 과시와 체제 경쟁을 넘어 경제적인 효과도 톡톡히 거두면서 인류의 삶에 크게 공헌하였다. 우선 우주개발 과정에서 로켓 발사체와 항공산업 등의 하드웨어 산업뿐만 아니라 컴퓨터와 인터넷 등 소프트웨어 산업도 크게 발전하였다.
그리고 우주개발 과정에서 사용되었던 기술들이 대거 민간에 제공되면서 인류의 생활기술로도 활용되고 있다. 이를 우리는 흔히 'NASA 스핀오프(spin-off) 기술'로 부르고 있다. NASA에는 'Technology Transfer Program'이 있다. 이는 개발팀이 우주선을 만들던 중 일상에 적용하면 괜찮을 것 같은 기술이 있다면, 이를 민간에 연결해 주는 역할을 하는 것이다. 실제로 NASA가 항공과 우주 관련 연구개발을 활발히 하던 때에는 과학, 공학 모든 분야가 그 대상이었다고 해도 과언이 아니다.

그러면 과연 그동안 이루어진 우주산업과 우주기술의 발전은 인류의 삶과 생활에 어떻게 기여하고 있을까? 우선 무엇보다 항공우주 산업을 발전시켰다. 이는 항공기, 우주비행체, 관련 부속 기계류 또는 관련 소재를 제작 및 가공, 수리하는 산업이다.
이 산업은 지식 및 기술 집약적인 고부가가치 산업, 생산 및 기술 파급효과가 큰 기간산업, 규모의 경제가 작동하는 산업, 수요의 소득탄력성이 큰 미래산업, 위험부담이 큰 모험산업 등의 특성을 지닌다. 하나의 예로 우주발사체 누리호 제작에 들어가는 부품 개수는 약 37만 개로 일반 자동차 약 2만 개, 항공기 20만 개를 크게 웃돈다.

또 인공위성과 로켓 비즈니스도 발전시켰다. 지금 우주공간에는 수많은 인공위성들이 쏘아 올려져 있다. 이들은 기후와 지형에 대한 조사, 위치정보의 제공 등에 이용되고 있다. 특히 통신위성 사업은 인터넷 통신회선의 공급 등 유비쿼터스(Ubiquitous) 시대의 근간이 되었다. 또 인공위성을 쏘아 올리는 데 필요한 로켓을 개발· 판매하는 비즈니스도 크게 활성화되었다.

이와 함께 컴퓨터의 발전에도 우주 관련 수요가 커다란 자극제 역할을 하였다. 한 치의 오차도 허용하지 않는 우주선 발사작업에는 고도의 연산작업이 필요했기에 용량이 크고 성능이 우수한 컴퓨터의 개발을 촉진하였다. 그리고 민간에서 개발한 디지털 이미지 센서, 데이터 저장 CD 등 다양한 디지털 기술 또한 우주선에 적용되면서 비약적으로 발전하였다. 컴퓨터를 쓸 때 항상 사용하는 마우스도 우주선 제어시스템 작동을 위해 개발한 장치를 응용해 만든 입력기기다.

개발된 우주개발 기술이 민간생활에 활용되는 사례도 적지 않다. 건강 및 의료 부문에서는 병원에서 흔히 사용하는 적외선 귀 체온계가 대표적이다. NASA는 별과 행성의 지표온도를 측정하는 방식을 응용하여 귀 체온계를 만들었다. 인공심장이나 심장마비 환자 발생 시 사용하는 장비인 심박동기(心搏動器)도 NASA에서 원천기술을 개발했다. 레이저 시력 교정에 사용하는 라식기술과 흠이 나지 않는 렌즈도 마찬가지다.
우주선에서는 작은 흠도 큰 사고로 이어질 수 있기에 NASA는 안전기술 개발에도 많은 투자를 했다. 민간에 넘어간 관련 기술로는 항공기 결빙방지 기술, 불에 타지 않는 내화 소재, 화학물질 탐지기, 화재 탐지기 등이 요긴하게 사용되고 있다. 소방을 위한 다양한 시스템도 NASA가 원천기술을 제공했다. 가정에서 사용하는 무선청소기에도 아폴로 달 착륙에 활용됐던 기술이 적용되었다. NASA는 배터리로 작동하는 휴대용 드릴을 개발해서 달에서 sample을 채취하였고, 이후 민간기업이 이 기술을 적용한 무선청소기를 만들어 내었다.

우주복은 극한 환경에서도 견딜 수 있도록 고기능 첨단소재를 사용했다. 다름 아닌 나일론계열로 내구성과 내열성이 뛰어난 노멕스(nomex)와 캡톤/폴리이미드 필름(Kapton/polyimide film), 스판덱스(spandex) 등이다. 이러한 첨단소재 덕분에 달 표면에 착륙한 우주인들은 낮에는 섭씨 120˚, 야간에는 영하 170˚를 오가는 달 표면에서 생존할 수 있었다.
신발 등의 충격 흡수재나 배게, 여성 의류 등의 형상기억 소재도 NASA에서 민간으로 이전되었다. 유인우주선을 발사할 때 탑승자는 로켓 추진력으로 인해 물리적 충격을 받게 된다. 이에 NASA는 우주인 보호를 위해 스펀지와 같은 소재의 패딩을 만들었고, 이것이 메모리폼(Memory foam)으로 재탄생하게 된 것이다.
우주식량을 개발하면서 나온 다양한 기술도 민간으로 이전되었다. 냉동건조 식품 기술과 필터 정수기가 대표적이다. NASA는 아폴로 계획에 투입된 우주인들이 우주공간에서 식사를 간편하게 해결할 수 있도록 냉동건조 식품을 만들었고, 이것을 모티브로 새로운 시장이 형성됐다. 또 우주선에 사용되던 필터를 정수기에 사용함으로써 필터 정수기가 탄생할 수 있게 되었다.

그러면 이제 뉴 스페이스(New Space) 시대에 우주산업은 어떻게 발전해 나갈 것인가? 우선, 앞으로 우주개발로 인해 가장 유망한 사업으로 기대를 모으는 분야는 우주 관광 및 운송택배업이라 하겠다. 신비에 쌓여 있던 상상 속의 우주공간을 실제로 체험하는 우주관광산업 분야는 현재 스페이스X, 블루 오리진, 버진 갤럭틱 등의 3대 업체가 선도하고 있으나, 앞으로는 더 많은 기업체들이 나타날 것으로 예상된다. 우주 운송택배업은 NASA가 중심이 되어 구축한 국제우주정거장의 물자수송 서비스를 비롯하여 우주개발 과정에서 생기는 우주 쓰레기의 제거 서비스 등을 포괄한다.
항법위성과 초고속 인터넷 사업도 유망분야이다. 항법위성은 정확한 위치정보를 제공해 자율주행차 등 미래산업에 필수적일 뿐만 아니라, 재난재해 관리와 작물재배 등 다양한 분야에 걸쳐 활용될 것으로 예상된다. 우주 초고속 인터넷 사업은 스페이스X의 '스타링크'와 블루 오리진의 '카이퍼 프로젝트'가 이에 해당한다. 구글, 페이스북 등의 IT업체들도 최근 우주개발에 관심을 쏟고 있다. 그 이유는 우주개발 사업 자체를 선점하려는 목적도 있지만, 그보다는 우주기술 개발 과정에서 다양한 파생효과가 크기 때문인 것으로 분석된다.

생명공학과 신소재 산업도 유망분야이다. 이는 지구에서는 불가능했던 무중력 상태에서의 인체실험과 화학반응에 관한 여러 가지 연구실험이 가능하기 때문이다. 무중력 상태에서는 지구와 달리 정밀한 화학반응이 일어나 불순물이나 균열이 잘 생기지 않고 성분이 일정한 화합물을 만드는 게 가능하다.
이에 따라 순도 100%의 결정체를 만들 수 있으며, 이러한 기술은 특수 신소재나 새로운 의약품 개발에 도움이 된다. 그리고 우주에서는 어떤 종류의 금속도 모두 혼합할 수 있기에 이론적으로만 가능했던 센서 소재, 고성능 반도체 등 특수 재료를 개발할 수도 있을 것이다.
아울러 우주로 나아갈 때 필수품인 탄소소재 산업도 유망한 분야이다. 탄소소재 산업은 탄소원료로 우수한 물성을 지닌 탄소섬유, 인조흑연, 활성탄소, 카본블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀 등의 소재를 생산하고, 수요산업에 적용해 제품성능을 제고하며 부가가치를 창출하는 산업을 뜻한다.

에너지와 광물산업의 미래도 밝은 편이다. 지구의 에너지 자원은 빠르게 고갈되어 가고 있다. 고갈 전에도 지구온난화와 공해유발 문제 등으로 석탄과 석유 같은 화석자원의 활용에는 많은 제약이 따르고 있다. 이러한 에너지 문제를 해결하기 위해 지구정지궤도에 거대한 태양광 발전위성을 쏘아 올려 우주 태양광 발전소를 건설하는 아이디어가 나오고 있다.
지구에서는 밤이 오면 발전이 제한되지만, 우주 태양광 발전소는 밤에도 전기를 꾸준히 생산할 수 있고, 날씨의 영향도 없으며 패널에 먼지가 쌓여 이를 제거할 일도 없다. 또 지구에서처럼 발전소를 짓기 위해 산림을 훼손해 부지를 마련할 필요조차 없다.
우주 태양광 발전소에서 생산된 전기는 마이크로파(microwave)를 통해 지상으로 전송돼 송전탑과 송전선도 필요하지 않다. 여기다 전문가들은 우주 태양광이 지상 발전보다 10∼20배 정도 효율이 높을 것으로 보고 있다. 에너지 산업이 지금도 전 세계 GDP의 약 30%를 차지하고 있는 점을 감안할 때 우주 태양광 발전은 사업성이 매우 클 것으로 보인다.

자원개발(Space Mining) 산업도 기대를 모으고 있다. 태양 주위를 돌고 있는 소행성 중에는 귀중한 광물이 다량 존재하는 행성이 있는 것으로 알려져 있다. 우주 산업계에 따르면, 지구 인근 소행성에서 채굴 가능한 철의 양은 37조 톤에 이를 것으로 추정된다. 니켈은 250만 톤, 코발트 20만 톤, 백금 1,800톤이 각각 매장돼 있을 것으로 예측된다.
이를 캐내어 우주에서 활용하거나 지구로 가져와 활용할 수 있을 것이다. 즉 고가의 금과 은, 백금(Platinum) 등은 지구로 가져오고, 알루미늄· 니켈· 코발트· 티타늄 등은 우주에서 각종 부품제작이나 우주 구조물 건설에 활용할 수 있다. 그리고 물과 산소는 우주인의 생존에, 수소와 암모니아 등은 로켓 추진제로 활용할 수 있을 것이다.

달에는 21세기 최고의 전략 자원으로 꼽히는 희토류 외에도 우라늄과 헬륨3 등이 풍부하게 매장된 것으로 추정된다. 희토류(Rare-Earth Element)는 말 그대로 땅에서 구할 수는 있으나 거의 없는 성분을 말한다. 란타넘(lanthanum), 세륨(cerium), 디스프로슘(dysprosium) 등 땅속 함유량이 100만분의 300에 불과한 희토류는 열과 전기가 잘 통하기 때문에 전기· 전자, 촉매, 광학, 초전도체, 자동차산업의 핵심소재다. 반면, 희토류의 매장은 세계 일부 지역에 한정되어 있다. 그 결과 세계최대의 매장량과 생산량을 지닌 중국은 이를 전략적으로 활용하고 있다. 실제 중국의 희토류 공급 비중은 90% 이상으로 추정된다.
그런데 NASA는 21세기 안에 달 표면에서 희토류 채굴이 가능해질 것으로 보인다고 밝힌 바 있다. 달에는 우주에서 날아온 운석이 그대로 표면에 쌓이고 풍화작용도 일어나지 않는다. 이 때문에 일부 희토류는 달에 지구보다 10배 이상 많이 매장돼 있는 것으로 알려졌다.

특히, 지구에는 거의 없지만 달에는 최소 100만t이 존재하는 것으로 추정되는 헬륨3(3He)은 인류의 미래를 풍요롭게 해줄 강력한 대체 에너지원으로 꼽힌다. 헬륨3은 가볍고 안정한 헬륨의 동위 원소 중의 하나로, 두 개의 양성자와 한 개의 중성자를 갖고 있다. 헬륨3은 입자 간의 상호작용을 하지 않기에 쉽게 핵반응을 일으킨다. 따라서 헬륨3을 핵융합에 활용하면 유해 방사성폐기물 없이 원자력 발전의 5배 이상 효율로 전기 에너지를 만들 수 있다고 한다.
또 달에는 인류의 생명 자원인 산소가 충분히 매장되어 있다. 달 표면토양의 약 45%가 산소로 구성돼 있을 정도라고 한다. 이론적으로 이를 100% 전환할 수 있다고 가정하면 달 표면토양 1㎥당 약 630kg의 산소를 얻을 수 있으며, 이는 성인 1명이 2.16년간 사용할 수 있는 양이다.
이처럼 우주 태양광 발전이 지구 전력수요의 대부분을 감당하고, 부족한 희귀 광물을 우주로부터 조달하면 인류는 에너지와 자원부족 현상에서 해방될 수 있을 것이다.

인류는 지금 제2의 지구를 찾아서, 그리고 새로운 대륙이자 미지의 세계 우주를 향하여 힘찬 발걸음을 내딛고 있다. 이에 따라 새로운 산업과 시장이 만들어지고 있다. 2020년 전 세계 우주산업 규모는 전년 대비 4.4% 증가한 4,470억 달러로, 약 530조 원이었다. 이는 반도체 시장 규모에 버금가는 수준이다. 미국의 금융투자업체 모건스탠리(Morgan Stanley)는 2017년 보고서를 통해 당시 3,240억 달러 규모인 글로벌 우주산업 시장이 2040년에는 1조 1천억 달러 규모로 성장할 것으로 전망했다.
또 뱅크 오브 아메리카(Bank Of America)는 이보다 더 빠르게 우주산업이 성장하여 2030년 1조 4천억 달러에 이를 것으로 내다보았다. 특히 민간 우주업체 스페이스X의 유인우주선 발사 성공은 이러한 우주경제 확장에 대한 기대를 한층 더 키우고 있다. 많은 투자전문가들은 이제 인류의 마지막 투자처는 우주가 될 것으로 내다보고 있다.