미래인증건강신문 유영준 기자 |
하야부사일본 우주 강국의 비밀
저자 쓰다 유이치
번역 서영찬
출판 동아시아
발행 2024.06.12.
책 소개
일본 우주 강국의 비밀, 소행성 탐사선 ‘하야부사2’의 우주탐사 대장정 2014년 우주로 발사돼 소행성 ‘류구’의 물질을 채취한 후 2020년 지구에 착륙시키는 데 성공해 전 세계를 놀라게 한 일본 소행성 탐사선 하야부사2의 모든 과정을 담아냈다.
프로젝트 매니저로서 하야부사2 팀을 총괄한 저자 쓰다 유이치는 탐사선 개발에서부터 팀 구성, 실전 운용 등 미션의 면면을 상세히 돌아본다. 2009년 프로젝트 참여 시점에 마주친 계획과 설계에 대한 고민, 탐사선 발사 전후로 펼쳐진 치열했던 훈련의 과정, 소행성 류구에 도달한 후 실시된 탐사선 운용의 긴박했던 위기와 대처의 순간들까지 하야부사2 우주탐사 대장정을 고스란히 되살렸다.
소행성 탐사의 전 과정을 확인할 수 있어 특히 우주항공청을 신설해 탐사 프로젝트를 본격화하는 현재의 우리나라에게는 더없이 소중한 레퍼런스다. 하야부사2 프로젝트 과정은 때로는 과학적이고 때로는 문학적으로 펼쳐진다. 스윙바이, 궤도 설계 등 지구와 소행성을 오가는 탐사선 비행 방식, 탐사선에 탑재된 이온엔진, 레이더, 충돌장치 등 신기술은 과학 지식에 기초해 친절하게 설명된다. 우주탐사가 시작되고 하야부사2 연구진과 팀원들이 겪은 우여곡절과 고군분투는 소설처럼 생생하다.
책은 우주과학에 대한 지식뿐만 아니라 기술의 극단에 이르고자 하는 과학자들의 순수한 열정과 노력도 구체적으로 전해준다. 실패에 대한 두려움을 극복하고 별에 닿고자 하는 하야부사2의 흥미롭고 박진감 넘치는 탐사 과정을 따라가다 보면 자연스레 우주탐사의 지식과 경이, 도전하는 인간의 역동을 동시에 체험할 수 있을 것이다.
출판사 서평
21세기 소행성 탐사와 자원 경쟁의 시대,
하야부사 경험을 통해 우주탐사의 과학기술과 우주자본 선점을 준비한다.
“하야부사 1호기는 별의 부스러기인 소행성의 표본회수 기술을 시연했고,
하야부사2는 기술을 완성했다.” - 황정아(現 국회의원, 前 한국천문연구원 책임연구원)
지난 5월 27일 우리나라는 한국판 NASA(미국항공우주국)를 표방하는 우주항공청을 개청했다. 우주항공청은 우주항공 5대 강국을 목표로 달ㆍ화성 탐사 등 다양한 우주탐사 및 관련 산업 창출에 전력을 다할 예정이다. 이로써 우리나라도 새로운 ‘우주 전쟁’에 본격적으로 참전하게 됐다.
지금 세계는 우주탐사 경쟁이 한창이다. 2023년 10월, NASA와 민간기업 스페이스X는 탐사선 ‘프시케(Psyche)’를 펠컨헤비 로켓에 실어 발사했다. 화성과 목성 사이 소행성대에서 태양을 돌고 있는 소행성 ‘16프시케(16Psyche)’를 탐사하기 위해서다. NASA와 미국 애리조나주립대학교 연구진은 철, 니켈, 코발트 등 각종 금속 광물로 이루어진 16프시케의 경제적 가치를 1,000경 달러로 추정하고 있다.
미국뿐만 아니라 유럽, 중국, 러시아 등 세계 주요국도 탐사 경쟁에 뛰어드는 추세다. 냉전 시대와 달리 우리 시대에 벌어지고 있는 새로운 우주 전쟁은 ‘우주 자본’을 선점하기 위한 시도가 되었다. 이제 세계는 우주 행성을 단순히 기술 경쟁의 장이나 인류의 정착지가 아닌 새로운 광물과 신물질이 가득 찬 무한한 자원의 원천으로 바라보고 있다.
인류의 소행성 탐사 도전은 프시케가 처음이 아니다. 2016년 발사된 미국의 오시리스-렉스(OSIRIS-REx)는 소행성 베누(101955 Bennu) 표본채취에 성공한 바 있다. 하지만 그 이전에 달보다 먼 소행성에 최초로 착륙해 표본을 채취한 탐사선은 일본의 하야부사 1호기다. 2003년 발사된 하야부사 1호기는 소행성 ‘이토카와(25143 Itokawa)’ 착륙 도중 여러 문제를 일으키며 파손됐다. 극소량의 행성 물질을 싣고 7년 만에 극적으로 지구로 돌아왔지만 무수한 결함과 실패를 경험했다. 하야부사2는 그 이후 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)에서 시도한 두 번째 소행성 탐사선이다. 그리고 2014년 발사된 하야부사2는 하야부사 1호기의 경험을 바탕으로 제작되어 세계를 놀라게 할 만한 완벽한 성공을 거둔다.
저자 쓰다 유이치는 하야부사2 프로젝트의 중심에서 팀을 총괄하는 프로젝트 매니저로서 11년간의 경험을 책으로 풀어냈다. 탐사선 개발 과정에서부터 운용, 팀 관리까지 모든 것을 경험한 저자의 글에는 현장감이 넘친다. 직접 개발 과정에 관여했던 하야부사2의 기술적 도전들은 일목요연하게 설명된다. 압축적으로 구성한 탐사선의 위기와 대처, 성공적 순간들은 마치 소설처럼 생생하다. 『하야부사』는 탐사선이 이뤄낸 기술적 성과만큼 과학책의 새로운 형식적 성취도 이뤄낸 책이다. 무엇보다 저자는 하야부사2가 수많은 실패 위에 이루어진 성과라는 점을 강조해 의미를 더한다. 과학적 설명과 흥미진진한 에피소드들은 한 개인 그리고 인류의 도전이라는 바탕 위에 쓰여, 진전하는 과학의 본질과 세계인의 가슴에 새긴 희망을 선명히 되살리는 데 성공한다.
책에는 하야부사2 프로젝트의 모든 과정이 고스란히 담겨 있다. 특히 일본이 탐사를 성공시키기 위해 전 세계 우주 항공 관련 기구와 진행한 기술 교환과 협력의 방식, 지난 사례를 바탕 삼아 절차와 비용을 단순화하는 과정, 실패를 두려워하기보다 오히려 실패에 익숙해지고자 하는 과감한 도전 정신 등은 우주탐사 실천의 교본과도 같다.
정책 목표 설정과 탐사 기획 단계에 있는 우리나라 우주항공청도 참조할 만한 정보들이 상당하다. 저자가 말하듯이 앞으로의 우주과학은 ‘하야부사2 기술을 어떻게 활용하는가에 달려 있’는지 모른다. 하야부사를 모든 탐사의 정답으로 삼을 순 없지만 우주자본 선점을 위해 우리가 독파해야 하는 사례 중 하야부사2가 빠질 수는 없을 것이다.
매가 사냥감을 낚아채듯 별의 부스러기를 움켜쥐다
초유의 기록을 이뤄낸 하야부사2
2019년 2월 22일(일본 시간, 세계시 2월 21일) 이른 아침 세계는 놀라운 소식을 접한다. 지구로부터 3억 킬로미터가량 떨어진 지름 0.7킬로미터에 불과한 자그마한 소행성 류구(162173 Ryugu). 하야부사2가 그곳에 착지한 후 소행성의 물질을 채취하는 데 성공한 것이다. 일본의 연구진은 착륙과 표본채취 순간을 터치다운에 비유했다. 과학사에 한 획을 긋는 탐사선의 터치다운 뉴스는 일제히 전 세계 언론에 보도됐다. 그리고 몇 달 후 성공한 두 번째 터치다운까지 하야부사2가 착륙 전후 보여준 기술적 혁신은 과학계에 충격을 안겨주었다.
하야부사2는 소행성 표본채취를 위해 착지 순간 5그램짜리 탄탈럼제 탄환을 발사하는 기술을 사용했다. 초속 300미터로 지표면에 충격을 가해 파쇄된 부스러기는 탐사선의 표본채취관으로 빨려 들어갔다. 하야부사는 일본어로 하늘을 나는 ‘매’를 뜻하며, 소행성 류구는 ‘용궁’이라는 뜻이다. 마치 매가 용궁에 사뿐히 내려앉았다가 먹이를 낚아채듯 탐사선은 표본채취 임무를 성공적으로 완수했다. 하야부사2가 시도한 획기적인 기술은 이뿐만이 아니다.
첫 번째 터치다운으로 지표면 물질을 채취한 탐사선은 두 번째 착륙을 시도했다. 스몰 캐리온 임팩터(SCI)라 불리는 충돌장치를 최초로 사용해 소행성의 표면을 기폭하고 인공 충돌구를 만들었다. 폭발한 지표면은 울퉁불퉁했기 때문에 착륙의 위험도 컸다. 하지만 위험을 무릅쓰고 두 번째 터치다운을 감행해, 충돌구의 지하 물질을 채취하는 데도 성공한다. 하나의 소행성에 두 번의 착륙을 성공시키고 지하 물질까지 채취한 일은 과학사에 전례가 없는 성과였다.
하야부사2는 하야부사 1호기 경험을 자양분 삼아 놀라운 과학적 성과를 올렸다. 연구진들은 탐사 로봇 미네르바를 우주 미아로 만들어 버린 분리 타이밍 조절 실패, 탄환 발사의 오작동, 무리한 착륙으로 인한 본체 파손 등 과거의 실패를 반면교사 삼았다. 결과적으로 하야부사2는 공학기술 관점에서 다음의 총 7가지 신기록을 만들어 냈다고 평가받는다.
①소형 탐사 로봇이 소행성 표면을 이동하며 조사
②2개 이상의 탐사 로봇을 소행성 위로 투하하고 전개
③행성 착륙 정밀도 60센티미터를 실현
④인공 충돌구 생성과 그 과정 및 전후를 자세히 관측
⑤동일 천체의 두 지점에 착륙
⑥지구권 바깥에 있는 천체의 지하물질에 접근
⑦소행성 궤도를 도는 2개 이상의 가장 작은 인공위성의 실현.
우주공학 기술의 최전선에서 펼쳐지는 과학 블록버스터
“이 책은 태양계 소행성 탐사를 꿈꾸는 모든 이들을 위한 가장 완벽한 안내서이며,
미지의 세계를 탐험하는 인류의 근원적 호기심에 과학·공학적으로 최고의 답변을
제공해 준다.” - 김명진(한국천문연구원 우주위험감시센터 책임연구원)
하야부사2가 목표로 삼은 소행성 류구는 이른바 C형 소행성이다. C형 소행성은 탄소질 소행성이라는 뜻으로 물과 유기물질을 함유한 것으로 추정된다. 류구의 흙을 채취해 지구로 가져오는 미션은 태양계의 생성 역사 혹은 인류의 기원 규명에 한 발 다가가려는 시도였다. 형성 과정에서 발생한 충돌과 고열로 변형된 수성, 금성, 화성과 같은 큰 천체들보다 소행성은 46억 년 전 태양계 형성 시의 물질을 그대로 간직하고 있을 가능성이 높기 때문이다.
하지만 류구는 지름이 여의도보다 작은 별이다. 지구와 거리도 3억 킬로미터. 지구에서 쏘아 올린 탐사선이 그런 소행성에 정확히 도달하기란 쉬운 일이 아니다. 저자의 비유에 따르면 도쿄 스카이트리 꼭대기에서 후지산 정상에 사는 물벼룩을 식별하는 추적력이 있어야 가능하다.
이것을 해낸 것은 델타도어(Delta-Differential One-way Ranging)라는 최첨단 통신 기술이다. 델타도어뿐만 아니라 이온엔진, 광학항법 카메라(ONC-T, ONC-W1), 탐사 로봇 등 최신 우주탐사 기술이 하야부사2에 탑재됐다. 이러한 다양한 기계 및 기술이 활용되는 과정을 저자는 알기 쉽고 흥미롭게 설명한다.
스윙바이, 궤도비행 등 우주탐사의 기본 원리들 역시 일반인의 눈높이로 기술되고 있다. 책을 한 번 읽고 나면 자연스레 우주탐사의 전반적 과정과 우주과학 지식이 한 겹 두터워지는 것을 체감할 수 있을 것이다. 저자의 친절한 설명과 현장 묘사는 읽는 이로 하여금 하야부사2와 우주를 함께 비행하는 듯한 느낌을 들게 한다. 특히 탐사선이 소행성 류구에 도착한 후 전개되는 운용 과정은 손에 땀을 쥐게 한다.
탐사선이 하강 도중 돌연 상승해 버린다거나, 탐사선 카메라 렌즈와 레이저 고도계(LRF) 센서에 흙이 묻어 착륙이 곤란해지거나 하는 등 난관을 만났을 때 대응해 나가는 일촉즉발의 장면들이 눈에 보일 듯 생생하다. 실제 돌발 상황에 대처했던 과학자들의 긴박한 결정의 순간들도 고스란히 되살려 놓았다. 극한의 미션을 수행하는 탐사선의 고군분투와 더불어 관제실 과학자들의 긴장, 한숨, 기쁨, 환호 등이 롤러코스터 타듯 펼쳐져 읽는 이는 깊이 몰입하게 된다.
‘어떤 식으로 실패를 경험시킬 것인가?’
성공의 원동력은 ‘실패해도 괜찮은 시스템’
“탐사의 전 과정과 과학자들의 도전을 생생히 그려내 우주탐사의 현주소와 열정을 보여준다.
책을 읽다 보면 소행성 탐사가 열어줄 새로운 우주탐사의 지평에 동참하게 될 것이다.
위대한 발견의 현장으로 여러분을 초대한다.”
- 항성(과학전문 유튜브 〈안될과학〉 과학 커뮤니케이터)
2015년, 서른아홉 살에 하야부사2의 프로젝트 매니저를 맡으며 최연소 기록을 갱신한 저자의 팀 운영 목표 중 하나는 ‘대담하게 도전하는 팀’이었다. 그리고 대담한 도전을 위해 그가 중시한 것은 ‘어떤 식으로 실패를 경험시킬 것인가’다. 실패를 해야만 무엇이 필요한지 필사적으로 고민할 수 있고, 그것이 곧 성장이라는 것이다. 하야부사2 팀은 실제로 훈련 과정을 통해 ‘실패해도 괜찮은 시스템’ 만들기를 실현한다. 프로젝트 매니저가 모든 것을 결정하는 기존의 체계를 때에 따라 현장 담당자가 결정할 수 있도록 ‘권한 이양’하도록 바꾸고, ‘리오RIO 훈련’을 통해 끝없는 실패에 도전했다.
리오 훈련은 하야부사2 착륙을 가상으로 재현해 각종 문제에 대처할 수 있도록 관제실 운용을 실험하는 모의훈련이었다. 하야부사2 팀은 별도의 ‘출제 팀’을 구성해 탐사선을 위험에 빠뜨리는 문제 상황을 끊임없이 만들어 냈다. ‘출제자’는 ‘탐사선 고장 내기, 신호선을 확 뽑아 통신 두절 초래하기, 마음에 안 드는 순간 중요 인물에게 복통을 안겨줘 관제실 밖으로 내보내기 등등’ 무작위로 하야부사2를 곤란에 빠뜨리고 운용 팀은 실험적 대처를 반복했다.
1년 반 동안 진행된 이 훈련에서 가상의 탐사선은 무려 21회의 추락을 겪는다. 하지만 저자는 이때의 경험이 프로젝트 성공에 있어 ‘크나큰 디딤돌’이 되었다고 회고한다. 현실에서도 돌발적인 문제가 발생했기 때문이다. 하야부사2 팀은 실제 류구 착륙 시 기계적 오류에 기발한 대처법을 활용해 터치다운에 성공했다. 각종 문제 상황 대처를 통해 익힌 도전 정신을 바탕으로 두 번째 터치다운도 시도할 수 있었다. JAXA의 반대에도 감행한 두 번째 착륙이 아니었다면 하야부사2는 류구의 지하 물질을 채취할 수 없었을 것이다.
미션 성공 후 ‘탐사 성과보다 탐사 과정을 알리는 데 힘썼다’라고 고백하는 저자는 과학기술에 있어 무엇보다 ‘미지에 대한 도전’이 중요하다고 말한다. 그리고 그 과정에는 긍정적인 힘이 있어야 한다고 강조한다. 한 번의 잘못으로 대형 사고가 일어날 수 있지만 그럼에도 ‘미션을 수행하는 사람들이 즐거워하지 않으면 좋은 성과가 나올 리 없다’라는 것이다.
하야부사2가 이뤄낸 기술들은 이제 더 과감한 우주탐사 미션과 도전으로 발전해 나가고 있다. 미지에 대한 열정과 즐거움이 아니라 절망적 상황에만 집중한다면 또 다른 하야부사는 탄생할 수 없을 것이다. 저자가 어린이들에게 꼭 전하고 싶다는 가치도 이와 마찬가지다.
“미래에 희망은 분명히 있으며, 어른이 되는 건 즐거운 일이라는 점을 어린이들에게 알려줘야 한다. 지구가 좁다는 사실을 어린이도 아는 시대다. 그럼에도 우리 어른들은 어린이들에게 우주에는 광활한 도전 무대가 여전히 많음을, 우주 미션을 통해 더욱더 많이 보여줘야 한다.”
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목차
추천의 글 ㆍ 005
프롤로그 ㆍ 010
제1장 ‘2호기’가 태동하기까지
영화까지 만들어진 1호기 ㆍ 022
변화하는 하야부사 후속 미션 ㆍ 024
왜 소행성인가 ㆍ 027
목표는 C형 소행성 ㆍ 030
환상적인 아이디어 ‘독립 임팩터’ ㆍ 032
세계의 눈은 소천체로 ㆍ 035
삼고초려와 지시하달 ㆍ 038
제2장 하야부사2 계획 세우기와 설계
이렇게 높은 레벨의 미션이 가능할까 ㆍ 044
비행계획 세우기 ㆍ 049
탐사선 선체는 어떤 설계로 이뤄졌나 ㆍ 061
표본회수의 핵심 기술 ㆍ 064
미션의 재미를 더한 괴짜 기술 ㆍ 072
모든 이의 꿈을 싣다 ㆍ 082
국경을 뛰어넘은 팀 구성 ㆍ 085
제3장 고군분투 개발에서 발사까지
이례적인 것이 넘쳐난 개발 과정 ㆍ 090
프로젝트 체제의 변화 ㆍ 093
씨 뿌리기와 물 주기 ㆍ 096
악전고투한 마지막 조립 공정 ㆍ 100
2014년의 터치다운 ㆍ 103
다네가시마로 가다 ㆍ 106
하야부사2, 우주로 ㆍ 111
제4장 류구를 향한 비행과 운용 훈련
순조로운 출항 그리고 프로젝트 매니저로 임명 ㆍ 118
류구를 탓하지 마라 - 새로운 팀 구성 ㆍ 122
소행성 이름을 지어라 ㆍ 127
지구 스윙바이 성공 ㆍ 130
류구 탐사 작전을 짜다 ㆍ 137
모조품이 실제 모습을 알아맞혔다 - 착륙지점 선정 훈련 ㆍ 143
“너무 심한 거 아냐?”라는 말에 째려본 사람들 - 리얼타임 운용 훈련 ㆍ 148
소행성 도착 ㆍ 157
제5장 착륙 앞으로 - 소행성 근접 운용/전반전
류구라는 신세계 ㆍ 166
“착륙 가능한 영역은 하나도 없습니다” ㆍ 170
착륙지점 선정회의 ㆍ 175
방침 대전환, 타깃 마커를 떨어뜨리자 ㆍ 181
두 로봇은 씩씩하게 사진을 전송했다 ㆍ 187
착륙 목표지점에 타깃 마커를 설치하라 ㆍ 192
그럼에도 착륙은 불가능 ㆍ 195
꼼수로 광명을 찾다 ㆍ 199
그때의 훈련이 구세주가 될 줄이야 ㆍ 202
인류의 손이 새로운 별에 닿다 ㆍ 207
제6장 50년에 한 번 오는 찬스를 잡아라 - 소행성 근접 운용/후반전
새로운 전투의 서곡 ㆍ 214
소행성에 구멍을 뚫어라 ㆍ 220
샌드위치 신세가 되어 ㆍ 226
왜 두 번째 착륙에 목맸는가 ㆍ 231
마지막 퍼즐 하나가 하늘에서 떨어졌다 ㆍ 236
태양계 역사의 부스러기를 손에 넣다 ㆍ 241
쌍목걸이를 걸다 ㆍ 245
축제가 끝나고 ㆍ 250
제7장 지구로의 귀환
하야부사2는 무엇이었나 ㆍ 258
지구로의 귀환, 그리고 2031년을 향해 ㆍ 266
개요 그래픽 - 하야부사2 소행성 근접 단계의 계획과 실적 ㆍ 271
에필로그 ㆍ 272
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