영화 '인터스텔라(Interstellar)'에서는 우주비행사 '조셉 쿠퍼(Joseph Cooper)'가 블랙홀 안으로 들어가 '중력 방정식(Gravity Equation)'을 풀고 인류를 구한다. '우주 거주지(Space Colony)'를 만들어 놓고도 이를 궤도 위로 올릴 방법이 없었는데, '중력 방정식'을 풀어 '우주 거주지(Space Colony)'를 궤도 위로 올릴 수 있게 된 것이다.
인류는 오래전부터 '우주 식민지(Space Colony)'를 꿈꿔왔다. 1900년 대 초 미국의 작가인 '에드워드 에버렛 헤일(Edward Everett Hale, 1822~1909)'은 그의 소설 '더 브릭 문(The Brick Moon)'에서 지구 궤도를 따라 도는 인공위성인 '브릭 문(Brick Moon)' 에 거주하는 사람들의 이야기를 서술했다. 20세기 중반이 되자 미래학자들도 '브릭 문(Brick Moon)'보다 더 구체적이고 실용적인 '우주 거주지'에 대해 이야기하기 시작했다.
0. 목차
- 오닐 실린더(O'neill Cylinders)
- 버널 스피어(Bernal Sphere)
- 스탠퍼드 토러스(Stanford Torus)
- 그 외의 우주 거주지 구상
- 해결해야 할 문제
1. 오닐 실린더(O'neill Cylinders)
프리스턴 대학교의 '제라드 오닐(Gerard O'Neill)' 박사는 1950년대에 소립자 물리학을 통해 새로운 장치를 개발하고 로켓 없이 물체를 우주로 쏘아보내는 '매스 드라이버(Mass driver)'를 창안한 물리학자이다. 덕분에 지구 바깥에 정착시키자는 그의 제안에도 사람들은 많은 관심을 기울였다.
1976년, 제라드 오닐 박사는 '오닐 실린더(O'neill Cylinders)'라고 불리는 우주 거주지를 제안하였다. 이 디자인은 'island three'라고도 불리는데 거대한 원통형으로 원통의 중심축을 기준으로 회전하게 된다. '오닐 실린더'의 길이는 약 32km이고, 직경 6km의 원통안에 수백만 명이 살 수 있다.
- 낮과 밤: 그러면 '오닐 실린더'에 낮과 밤은 없는 걸까? 실린더의 외벽이 열리면 창문이 되는데, 3개의 거대한 창문과 내부 반사경을 이용해 인공적으로 낮과 밤을 만들 수 있다. 창문이 열리면 낮이 되고 창문이 닫히면 밤이 되는 것이다. 이처럼 태양광을 받는 방식도 있지만 중심축 주변에 인공 태양을 설치하여 빛을 공급받는 밀폐식 방식도 있다.
- 무중력 문제: 무중력 문제도 해결할 수 있다. 원통을 회전시켜 원심력으로 안쪽에 인공 중력을 만들게 된다. 오닐은 인공 숲과 강과 개천을 만들고 인공 대기를 만들어 구름이 끼거나 비도 올 수 있게 만들 예정이었다. 그리고 '오닐 실린더'의 중앙 공기층은 무중력이므로 원한다면 온종일 날아다닐 수도 있을 것이다.
2. 버널 스피어(Bernal Sphere)
1929년 영국의 과학자 '존 데스몬드 버널(John Desmond Bernal, 1901~1971)' 박사는 '버널 스피어(Bernal Sphere)'라는 우주 거주지를 구상하였다. 사실 가장 오래된 우주 거주지 구상으로 island one이라고도 불린다. 버널 스피어는 직경 약 16km의 구 모양 구조물 내부에 2~3만명의 주민이 살수 있는 형태이다.
남극과 북극 부분에는 창문이 있는데, 남극과 북극 부분을 잇는 축을 중심으로 회전하여 필요한 '중력(gravity)'을 얻게된다. '오닐 실린더'와 마찬가지로 반사 거울을 만들어 낮과 밤을 만든다. 다만, 적도 부근에서는 중력이 커지고 극지방에서는 중력이 낮아져 내부의 중력이 일정하지 않다는 단점과 공간효율이 떨어진다는 단점이 있다.
3. 스탠퍼드 토러스(Stanford Torus)
'스탠퍼드 토러스(Stanford Torus)'는 1975년 NASA와 스탠퍼드 대학이 공동 개최한 워크숍에서 처음 제안된 구상이다. '오닐 실린더'가 원통형인 반면 '스탠퍼드 토러스'는 반지형이고 직경 1.6km 정도로 크기가 작은 형태이다. 이 모델은 1만 명이 살 수 있지만 더 큰 모델은 14만 명도 수용할 수 있다.
빛과 에너지는 중앙에서 중심선을 가로질러 전달하게 된다. 가운데에 광원이 있다면 '링월드'의 형태와 비슷하다고 볼 수도 있다. 중력 문제는 반지 모양의 본체가 1분당 한 바퀴씩 돌면서 인공 중력을 만들어 내는 방법으로 해결할 수 있다.
4. 그 외의 우주 거주지 구상
위에서 소개한 3가지 모델 외에도 '콜 버블(Cole Bubble)', '비숍 고리(Bishop's Ring)', 맥킨드리 원통(Mackindry Cylinder)', '칼파나 원(Kalpana One)' 등의 구상도 있다.
5. 해결해야 할 문제
가장 먼저 해결해야 할 문제는 돈 문제다. 인류가 만든 가장 큰 우주 비행체인 '국제 우주 정거장(ISS: International Space Station)'은 질량 450톤, 길이 108.5m, 폭 72.8m의 월드컵 축구 경기장 크기를 가지고 있는데, 이 정도 크기의 구조물을 제작하는 데만 해도 1400억 달러 가까이 들었다고 한다. 이렇게 비싼 돈을 들여 만든 구조물인데도 불구하고, 수용 가능 인원은 6명이고 최대 12명까지만 가능하다고 한다. 자재를 우주로 옮기기 위해 우주왕복선은 36차례나 비행했다. 그러면 '국제 우주 정거장(ISS)'보다 훨씬 큰 '우주 거주지(Space Colony)'를 건설하려면 도대체 얼마나 비용이 드는 걸까?
'제라드 오닐(Gerard O'Neill)' 박사도 현재의 로켓 발사 방식으로는 우주 거주지 건설이 불가능하다고 말한다. 그래서 이 문제를 해결하기 위해 달에서 원료를 채굴하고 자재를 제작하여 전기식 투척기인 우주 기재 발사 장치 '매스 드라이버(Mass Driver)'를 이용하여 우주로 쏘아 올리는 방법도 제안되고 있다. 하지만 이 방법 또한 달에 기반 시설을 구축해야 한다는 우선 과제가 생긴다.
'우주 거주지(Space Colony)'를 어디에 세워야 할지에 대해서도 생각해 봐야 한다. 만약 '국제 우주 정거장(ISS: International Space Station)'에 있는 저궤도에 우주 거주지를 세우면 공기 저항에 의해 속도가 느려지게 되고, 이 문제를 해결하기 위해 속도를 주기적으로 높여줘야 한다. 그뿐만 아니라 우주 쓰레기와의 충돌도 골칫덩어리다. 알다시피 지구 궤도에서의 우주 쓰레기는 총알보다 빠른 속도를 자랑한다. 이러한 사소한 문제들 때문에 오닐은 우주 거주지를 지구와 달 사이의 궤도에 올려두자고 제안했다.
