NASA, 2030년 달에 핵분열 원자로 건설…화성 유인탐사 핵추진 로켓은 2028년 발사

아폴로 시대 이후 수십 년간 반복적으로 좌절됐던 미국의 우주 핵에너지 개발이 이번만큼은 다르다는 평가가 나온다.
미 항공우주국(NASA)과 에너지부(DOE)가 올해 1월 13일(현지시각) 2030년까지 달 표면에 핵분열 원자로를 배치하는 업무협약(MOU)을 공식 체결했다.

스페이스데일리는 지난 25일(현지시각), 이 프로젝트가 60년간 왜 번번이 실패했는지, 이번에는 무엇이 다른지, 그리고 미·중·러 우주 패권 경쟁과 어떻게 맞닿아 있는지를 보도했다.


이번 MOU의 핵심은 전기출력 100킬로와트(㎾) 이상의 핵분열 표면전력 시스템을 2030년 1분기까지 달에 배치하는 것이다.
이 수치는 NASA가 2022년 계약한 기존 달 핵분열 전력 연구의 목표치(40㎾)를 두 배 이상 웃도는 것으로, 미국 일반 가정 75가구에 공급할 수 있는 전력량이다. NASA는 원자로가 재연료 공급 없이도 수년간 가동할 수 있는 시스템을 목표로 하고 있다고 밝혔다.

달에는 대기도, 열을 분산시킬 수계도 없어 원자로 냉각 방식이 지구와 근본적으로 달라야 한다. 방열판을 통해 열을 직접 우주로 내보내는 방식을 써야 하는데, 이는 지상 원자로 설계와 본질적으로 다른 고온 운전 기술을 요구한다.

역할 분담도 명확하다. NASA는 프로그램 관리·자금 조달을 맡고, 에너지부는 규제 감독과 설계 지원을 담당하며, 약 400킬로그램(㎏)의 고농축 저농도 우라늄 연료를 지상 실증과 비행용 원자로에 공급한다.

달 원자로와 함께 추진되는 또 하나의 축은 화성 핵추진 우주선이다. NASA는 2028년 말까지 사상 첫 핵추진 행성 간 우주선 'SR-1 프리덤(Space Reactor-1 Freedom)'을 화성으로 발사해 심우주 핵 전기추진 기술을 실증할 계획이라고 공식 발표했다.
SR-1 프리덤은 화성에 도달한 뒤 인지뉴이티급 소형 헬기 3대로 구성된 스카이폴(Skyfall) 탑재체를 투하해 화성 표면을 탐사한다.

SR-1 프리덤은 취소된 달 궤도 우주정거장 '게이트웨이'용으로 이미 제작된 전력·추진 장치를 재활용해 20킬로와트 이상의 핵분열 원자로와 결합하는 방식으로 개발 일정을 단축한다.

NASA 국장 재러드 아이색먼은 이 우주선을 "작동을 입증할 70% 수준의 해법"이라고 표현했다.

미국은 1960년대 이후 우주 핵에너지 시스템을 여러 차례 시도했으나 대부분 실질적 성과 없이 끝났다. 전직 NASA 고위 관리 출신인 바비아 랄과 로저 마이어스가 분석한 바에 따르면, 실패의 원인은 세 가지 구조적 결함으로 귀결된다.

첫째, 명확한 임무 요건이 없는 상태에서 기술 개발만 선행됐다. 핵에너지가 꼭 필요한 임무가 정해지지 않은 채 개발이 진행되다 보니 정치적 지지가 소진되면 프로그램이 통째로 취소됐다.

둘째, 기술 개발에 필요한 시간과 정치 주기 사이의 불일치다. 우주 핵에너지 시스템은 성숙하는 데 오랜 시간이 걸리지만, 예산 지원은 그보다 훨씬 짧은 주기로 끊겼다.

셋째, NASA·에너지부·국방부 등 다수 기관의 조율 실패다. 책임 소재가 불분명해지면서 중요한 과제들이 어느 기관도 챙기지 않는 상태로 방치됐다.

이번 프로젝트는 이 세 가지 결함을 모두 직접 겨냥한다. NASA와 에너지부 양 기관은 핵연료 제공·인허가·발사 준비에 이르는 전 과정을 공동으로 추진한다는 협력 체계를 공식 문서로 명문화했다.

랄·마이어스 분석에 따르면 원자로 개발에 드는 비용은 5년간 약 30억 달러(한화 약 4조 5210억 원)로 추산된다.


이번 프로젝트가 속도를 낸 배경에는 중국과 러시아의 도전이 있다. 트럼프 대통령은 지난해 12월 서명한 행정명령 '미국의 우주 우위 확보'에서, 중국이나 러시아가 먼저 달에 핵 원자로를 건설하면 그 나라가 사실상의 접근 금지 구역을 선포해 미국의 달 활동을 심각하게 제한할 수 있다고 명시했다.

러시아와 중국은 2030년대 달 핵 기지를 공동 건설할 계획을 추진하고 있다. 우주조약(Outer Space Treaty)이 천체에 대한 공식 영토 주권 선언을 금지하고 있지만, 핵시설 주변의 안전구역과 운용 물류상 제약은 사실상의 배타적 영향권을 만들어낼 수 있다는 것이 미국 측 인식이다.

NASA 국장 아이색먼은 SR-1 프리덤을 "70% 수준의 검증판"으로 표현하며, 이 임무는 단발성 시범이 아니라 지속적인 우주 핵 임무의 첫 발걸음이 될 것이라고 강조했다.

달 원자로 2030년 완공과 화성행 SR-1 프리덤 2028년 발사라는 두 목표가 동시에 실현된다면, 미국은 아폴로 이후 반세기 만에 우주 핵에너지 분야에서 실질적인 선도 위치를 확보하게 된다.

다만 우주 핵공학계 안팎에서는 핵 추진 우주 비행 기술의 공학적 토대는 수십 년 전부터 준비돼 있었으며, 문제는 항상 기술이 아니라 정치적 의지와 제도적 실행력이었다는 평가가 나온다.

2030년 달에 원자로가 실제로 켜질지는 결국 그 의지가 끝까지 지속되는가에 달려 있다.


진형근 글로벌이코노믹 기자 jinwook@g-enews.com