화성 토양으로 금속 만드는 방법 연구중

미항공우주국 나사(NASA) 등이 미래 화성 유인 탐사를 계획하고 있는 가운데 화성에 기지나 거주지를 건설한다는 아이디어도 현실성을 띠고 있다. 화성 기지 건설에서 큰 장애물 중 하나는 어떻게 대량 건재를 화성에 운반할 것인지다. 과학자는 이 문제를 해결하기 위해 화성 토양에서 금속을 만드는 방법을 연구하고 있다.

화성 기지 건설에는 대량 건재가 필요하지만 애초에 물질을 지구에서 우주로 발사하는 데는 막대한 비용이 든다. 예를 들어 나사가 개발한 화성 탐사로버 퍼서비어런스 무게는 1톤 정도였지만 이를 화성에 보내는 데만 무려 2억 4,300만 달러 비용이 필요했다.

최근 우주 개발 업계 발전에 따라 발사 비용이 낮아지고 있지만 화성 기지에 필요한 건재를 모두 지구에서 수송한다면 역시 거액이 필요하다. 호주 스윈번 공과대학교 졸업생이며 호주 연방과학산업연구기구(CSIRO)에서 박사연구원으로 재직하는 데디 나바반 박사는 오랫동안 이 의문에 대해 생각해왔다.

나바반 박사는 지구에서 화성으로 금속을 보내는 게 가능할지도 모르지만 경제적이지 않다며 수 톤에 이르는 금속을 화성에 운반하는 걸 상상할 수 있냐면서 이는 현실적이지 않다고 말한다. 대신 화성에 있는 자원을 활용할 수 있다면서 이는 현지자원이용(in-situ resources utilization/I.S.R.U.)이라고 불린다며 화성에서 건재를 만들어내는 걸 제창했다.

우주공간에 있는 물질을 사용해 금속을 만들어내는 학문은 우주야금학(astrometallurgy)이라고 불린다. 예를 들어 화성 토양에는 철분이 풍부한 산화물이 포함되어 있고 대기 중에는 환원제로 작용하는 탄소도 있어서 화성에는 금속을 만들어내는 데 필요한 모든 성분이 갖춰져 있다.

나바반 박사는 스윈번 공과대학교 우주야금학자인 악바르 람다니 교수 등과 함께 화성 토양을 인공 재현한 모의 레골리스를 사용해 금속을 만들어내는 과정을 연구하고 있다. 테스트에서는 모 레골리스를 화성 표면 기압을 재현한 챔버 내에 놓고 가열한 결과 섭씨 1,000도에서 순철이 생성되고 1,400도에서 액체 실리콘-철 합금이 생성되는 것으로 나타났다.

나바반 박사는 화성 게일 크레이터에서 발견된 것과 유사한 특성을 가진 모의 물질을 선택하고 지구상에서 화성 환경을 모방해 처리했다며 이를 통해 이 처리가 지구 밖에서 어떻게 작동하는지 정확히 파악할 수 있게 됐다고 말했다.

ISRU는 우주과학에서 성장 분야이며 이미 퍼서비어런스에 탑재된 산소 생성 장치 MOXIE는 화성 대기 중에 포함된 이산화탄소를 이용해 산소를 생성하는 실험에 성공했다. 화성 토양 등을 이용한 금속 생성은 ISRU에서 새로운 도약이 될 가능성이 있다.

람다니 박사는 화성에서 만들어진 합금이 주택이나 연구시설 외벽, 굴착기계 등에 이용되기를 기대하고 있다. 그는 확실히 과제가 있다며 이런 합금이 시간이 지남에 따라 어떻게 기능하는지 그리고 물론 이 과정이 실제 화성 표면에서 재현될 수 있는지 더 깊이 이해할 필요가 있다고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.