[와우! 과학] MIT 괴짜들, 달 표면에 비행접시 띄운다

2021년 한 해를 돌아볼 때 태양계 탐사 부분에서 있었던 가장 큰 쾌거는 화성 헬리콥터 인제뉴어티의 비행 성공이었다. 인류가 역사상 최초로 지구가 아닌 다른 행성의 대기에서 동력 비행에 성공한 것이다. 하지만 인제뉴어티의 성공은 시작에 지나지 않는다. 미 항공우주국(NASA)의 과학자들은 토성의 위성 타이탄, 금성, 그리고 화성 같이 대기를 지닌 행성에 다양한 형태의 항공기나 풍선형 탐사선을 개발하고 있다. 하늘을 날 수 있으면 탐사할 수 있는 범위가 극적으로 늘어나 작은 탐사선으로도 많은 정보를 수집할 수 있기 때문이다.

그런데 미 매사추세츠공대(MIT)의 과학자들은 더 놀라운 목표에 도전하고 있다. 바로 달처럼 대기가 없는 위성이나 혹은 소행성에 탐사선을 띄우는 것이다. 물론 대기가 없어도 로켓을 이용하면 탐사선을 공중에 띄울 순 있으나 많은 연료가 소모되기 때문에 금방 다시 착륙해야 한다. MIT 연구팀의 목표는 로켓 없이 탐사선을 달 표면에 살짝 띄워 날아다니는 것이다. 원리는 생각보다 간단하다. 바로 정전기적 반발력(electrostatic repulsion)을 이용하는 것이다. 

달 표면은 태양으로부터 받는 강력한 에너지와 고에너지 우주 방사선에 항상 노출돼 있다. 따라서 달 표면에 있는 고운 먼지 입자인 레골리스는 양극 전하를 띄고 있다. 여기에 양극 전하를 띈 물체가 있으면 정전기적 반발력에 의해 공중에 뜨게 된다. 물론 그 힘은 얼마 되지 않지만, 달의 중력 역시 지구의 6분의 1 정도로 약하고 공기 저항이나 바람의 흐름처럼 방해물도 없기 때문에 정전기의 힘으로도 작은 탐사선이 비행할 수 있다는 것이 연구팀의 생각이다. 참고로 비행접시처럼 얇은 원반 같은 외형 역시 가능한 표면적을 늘려 정전기적 반발력을 크게 하기 위한 것이다.

연구팀은 이온 빔을 이용해 실험실에서 60g 정도 되는 비행체를 공중에 띄우는 실험을 진행했다. 연구팀에 따르면 907g 정도 되는 미니 탐사선을 달 표면 위에 1㎝ 높이로 띄우는 일은 어렵지 않다. 문제는 크기를 키우고 비행에 적합한 높이까지 비행체를 띄우는 일이다.

만약 이 연구가 성공한다면 사실은 달보다는 작은 소행성에서 더 유용한 기술이 될 것이다. 소행성의 표면 중력은 매우 작아서 약간의 힘만으로도 충분한 비행 고도를 유지할 수 있기 때문이다. 다만 비행 고도가 조금만 높아져도 힘이 급격히 약해진다는 점, 비행 중 방향 전환이나 앞으로 나가기 위해서는 별도의 힘이 필요하다는 점 등이 극복해야 할 과제로 생각된다. MIT의 괴짜들이 과연 의미 있는 결과물을 내놓을 수 있을지 미래가 주목된다.