'마션'이 현실로 이뤄질까? 화성에서 산소를 생성한 퍼시비어런스 탐사선!
최근 미국 항공우주국(NASA)의 화성 로버 '퍼서비어런스'(Perseverance)가 가져간 '화성 산소 현장자원 활용 실험'(MOXIE) 장치가 성공적으로 작동하여 화성 대기에서 안정적으로 산소를 생성하는 것이 확인되었습니다.
화성 대기는 지구 대기와는 다르게 이산화탄소(CO₂)가 약 96%를 차지합니다. MOXIE 장치는 이러한 CO₂를 전기화학적으로 분해하여 산소(O)와 일산화탄소(CO)로 분리하고, 그 중 산소 이온만을 분리하여 순수한 산소분자(O₂)를 만들어냅니다. 2021년 4월에 발표된 MOXIE의 첫번째 실험은, MOXIE를 2시간동안 예열시킨 후 시간당 6그램의 속도로 산소를 생성하기 시작함으로 성공하였습니다. 기기의 상태를 평가하기 위해 실행 중에 비율을 두 번 줄였습니다(아래 이미지에서 "Current sweep"으로 표시됨). 1시간 작동 후 생성된 총 산소량은 약 5.37g으로, 우주비행사가 정상적인 활동을 할 때 약 10분 동안 건강을 유지할 수 있는 양이었습니다. MOXIE는 앞으로 화성에서 총 9번 이상의 추가 실험을 진행할 계획이며, 환경 조건과 시간, 장소를 바꿔가며 실험을 진행할 예정입니다.
MOXIE의 다음 실험결과는 2022년 9월에 발표되었는데요, MOXIE는 예열운전을 거친 뒤 1시간 가량 산소를 생성하는 실험을 했으며, 밤과 낮, 계절별로 조건을 달리하여 대기 상태에 따른 결과 차이를 분석했습니다.
화성은 대기 밀도와 기온이 계절별로 크게 달라지는 행성이기 때문에 MOXIE의 산소 추출 성능이 대기 상태에 크게 영향을 받을 것으로 예상되었습니다. 그러나 실험 결과, 대기 밀도와 기온이 바뀌어도 MOXIE의 성능에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 다만, 새벽과 황혼에는 가동된 적이 없어 성능 확인을 하지 못했다고 합니다.
연구진은 앞으로 대기 밀도와 CO₂ 농도가 가장 높아지는 봄철에 MOXIE를 최대 성능으로 가동하여 산소생산 한계를 실험할 계획입니다. 물론 MOXIE만이 가동되는 것이 아니라 퍼서비어런스호에는 수많은 장비가 있기 때문에, MOXIE를 켰다 껐다를 반복하며 실험하는 과정에서 성능이 떨어질 수도 있다고 합니다. 하지만 계속되는 실험 결과에서 그렇지 않다는 점이 확인되면 지속해서 가동하는 정식 산소추출기는 수천 시간을 가동할 수 있다고 연구팀은 설명했습니다.
NASA 우주기술 담당 책임자인 짐 로이터는 "화성에서 CO₂를 산소로 바꾸는 중요한 첫 걸음"이라면서 "MOXIE는 앞으로 해야 할 일이 많지만 (첫) 기술시연 결과는 화성 유인탐사 목표를 향해 나아가는 데 있어 가능성으로 가득 차 있다"고 했습니다.
또한 전직 NASA 우주비행사이자 현재 MIT의 항공 및 우주 비행학 교수인 제프리 호프만 교수는 "(이번 결과는) 다른 행성의 표면에 있는 자원을 유인 탐사에 유용한 것으로 화학적으로 변환해낼 수 있다는 점을 처음으로 보여줬으며, 이는 그런 점에서 역사적인 것"이라면서 유인 탐사 때 가져갈 것이 한두 가지가 아닌데, 현장에서 만들어 쓸 수 있는 것은 현장에서 구하는 것이 게임에서 유리한 고지를 점령하는 것이라고 했다
이러한 MOXIE의 성공적인 작동은 미래 화성 탐사에서 우주비행사들이 현장에서 산소를 확보하여 이용할 수 있는 가능성을 보여줍니다. 이러한 결과는 화성 인류 거주 가능성에 대한 관심을 높이고, 우주 탐사 분야에서의 기술적 발전을 이끌어 낼 수 있는 중요한 발견입니다.