[우리나라의 우주 개발이 속도를 내고 있습니다. 올해 6월 한국 최초의 우주발사체 '누리호' 발사가 성공했고, 지난 8월 쏘아올린 달 궤도선 '다누리호'는 우주에서 영상과 사진, 문자를 보내오고 있습니다. 우주에 관한 높아진 관심과 호기심을 풀어주기 위해 경제관료 출신 이철환씨가 최근 출간한 <우주패권의 시대,4차원의 우주이야기>중 일부를 저자와 협의해 칼럼 형식으로 게재합니다]

1961년 구소련이 인류 최초로 유인우주선 '보스토크(Vostok)'를 발사한 이후, 미국과 구소련은 경쟁이라도 하듯 많은 자금을 투자하여 일회용 우주선을 발사했다. 그러나 항상 많은 경비와 비효율성이 문제였다. 그래서 양국은 비용을 적게 들이고 장기적인 체류를 하면서 효과적인 연구를 할 수 있는 우주정거장을 건설하기로 마음먹었다.
우주정거장은 지구궤도에 건설되는 대형 우주 구조물로, 사람이 반영구적으로 생활하면서 우주실험이나 우주관측을 하는 기지이다. 사람이 우주공간으로 진출하기 위해서는 우선 지구에서 사람이나 기자재를 우주선에 싣고 우주정거장까지 옮겨야 한다. 이후 우주정거장에서 기자재를 다시 정비하여 본격적인 우주항행을 하게 된다. 그곳에서는 지상에서처럼 우주복을 벗고 지낼 수 있으며, 무중력 상태에서 각종 과학실험을 할 수 있다. 우주정거장이 이런 임무를 수행할 수 있도록 우주선들이 정기적으로 우주정거장에 승무원과 화물을 실어 나르고 있다.

그러면 이 우주정거장의 역할과 가치는 무엇일까? 무엇보다 가장 큰 존재 가치는 먼 우주로 나아가기 위한 전초기지라는 데 있다. 우주개발을 원활히 하려면 우주공간 중간중간에 휴게소처럼 머물 장소가 필요한데, 이 목적으로 세운 것이 우주정거장이다. 더욱이 우주정거장은 머무는 장소로서의 기능만 하는 게 아니다. 일례로 우주선의 발사를 들 수 있다.
우주선 발사는 할 수만 있다면 우주공간에서 하는 게 좋다. 지구에서 발사하면 지구 중력을 이기고 올라가야 하므로 막대한 연료와 비용이 드는 반면, 우주정거장에서 우주선을 조립해 발사하면 중력이 없는 우주공간이어서 연료 걱정을 덜 수 있어 경제적으로 큰 도움이 된다.

또 다른 우주정거장의 중요한 역할은 무중력 상태에서 하는 과학실험을 들 수 있다는 것이다. 우주의 무중력 상태를 이해하는 것은 인류가 심우주로 진출하는 데 필수적인 요소이다. 그동안 우주정거장에서 수천 종류의 실험이 이뤄졌지만, 가장 많은 실험이 이뤄진 분야는 우주공간에서의 인간신체 변화이다.
중력이 거의 없고 치명적인 우주방사선이 지구보다 약 100배 이상 강한 우주에서 인체의 변화를 살피는 연구는 훗날 인간이 지구 이외의 다른 행성에서 살아가는데 필요한 조건과 방법의 실마리를 제시해 줄 것으로 기대된다.

최초의 우주정거장은 1971년 4월 발사된 러시아의 '살류트(Salyut)'로, 유인우주선 소유즈 10호와 결합하여 무게 26t, 길이 23m의 우주정거장을 이루었다. 이곳에는 총 22명의 승무원이 탑승해 1,600회의 각종 실험과 관찰을 함으로써 인간이 장기적으로 우주공간에 적응할 수 있음을 보여주었다. 미국의 최초 우주정거장은 1973년 5월 발사된 스카이랩(Skylab)이다. 스카이랩은 무중력 상태에서 인간활동에 대한 실험과 지구와 우주관측 등의 임무를 수행한 후 1979년 지구 대기권에 돌입되어 분해된 후 인도양으로 가라앉았다.
러시아는 살류트에 이어 1986년 2월 또다시 우주정거장 '미르(Mir)'를 발사하였다. 미르는 모두 6개의 접속장치를 가지고 있고 3개의 모듈로 구성되어 있으며, 총길이 13m에 지름 4.2m, 총무게 21t의 대형 우주정거장이다. 유리 로마넨코(Yuri Romanenko)가 326일간을 체류하는 기록을 세움으로써 인간이 우주공간에 정주할 수 있는 가능성을 보여주었다.

'국제우주정거장(ISS, International Space Station)' 건설 프로젝트는 과학기술 분야의 국제협력 사업 가운데 역사상 가장 큰 사업이다. 이 사업은 미국이 주축을 이루고 있으며 유럽, 러시아, 일본, 캐나다 등 16개국이 참여하였다. 우리나라는 2000년대 초반 국제우주정거장 건설사업에 참여하는 방안을 미국과 협의했으나 성공적인 결과를 얻지 못했다. 그 대신 미국, 유럽이나 일본 등의 모듈에서 무중력을 이용한 과학기술 실험과 연구를 직간접적으로 수행하고 있다.
미국은 1980년대 레이건 행정부에서 처음으로 '프리덤(Freedom) 우주정거장'의 건설 계획을 입안했다. 그러나 1986년 우주왕복선 챌린저호의 폭발사고 및 천문학적인 비용 조달 등의 문제로 계속 지연되다가 결국 이 계획은 취소되고 말았다. 이후 미국은 1993년 '프리덤 우주정거장', 러시아의 '미르 2 우주정거장', 유럽우주기구의 '콜럼버스 연구실 모듈' 등의 우주정거장 계획을 하나로 통합한 국제우주정거장 건설 프로젝트를 구상하게 된다.

국제우주정거장 건설의 본격적인 대장정은 1998년 11월, 러시아가 우주정거장 전체 구조물의 한 부분인 자리야(Zarya) 모듈을 발사하며 시작됐다. 하지만 거대 국제협력 개발사업은 생각처럼 쉽지 않았다. 2003년 임무를 마치고 지구로 귀환하던 '컬럼비아(Columbia)' 우주왕복선이 폭발하는 사고를 당한 것이다.
이 사고로 2006년 9월까지 모든 우주왕복선은 지상에 묶여 있었다. 이처럼 우주인과 화물을 싣고 국제우주정거장을 왕복하는 우주왕복선의 발이 묶이면서 결국 국제우주정거장의 조립도 중단됐다. 이후 소요 재원 문제와 기존에 조립된 모듈의 수명 문제 등으로 일부 계획이 축소되어 기존의 3분의 2 정도로 크기를 줄였다. 시설의 완공시기도 늦어져 2010년 말경부터야 제대로 된 모습을 드러내기 시작했다.

국제우주정거장은 인류가 지금까지 우주로 쏘아 올린 물체 중 가장 큰 크기를 자랑한다. 질량 450t, 길이 108.5m, 폭 72.8m로 월드컵 축구 경기장 규격과 비슷하다. 현재까지 만들어진 다른 어떤 우주정거장들에 비해서도 훨씬 더 큰 규모이다. 하지만 규모가 크다고 해서 속도가 느리다고 생각하면 오산이다. 초속 7.7km, 시속 27,700km의 속도로 매일 지구를 15.7 바퀴 돌고 있다. 또 국제우주정거장은 상공 400~420km의 대기권 안에 떠 있기에, 인류가 관측할 수 있는 천체 중에서 태양과 달에 이어 세 번째로 밝게 빛난다.

국제우주정거장은 모듈로 이루어져 있는데, 상주하는 우주비행사들은 이 모듈 안에서 생활하고 있다. 그리고 이 모듈들은 우주비행사들이 우주에서 조립했다. 국제우주정거장에서는 6개의 우주실험실 모듈을 갖추고 과학실험을 진행하고 있다. 주요한 실험실 모듈로는 미국 NASA의 데스티니(Destiny module), 유럽 ESA의 콜럼버스(Columbus module), 일본 JAXA의 키보(Kibo module) 등이 있다. 여기서 미세중력 실험, 생명과학, 우주과학, 지구과학, 약학 등 다양한 분야에 걸쳐 90종이 넘는 실험을 진행하고 있다. 특히, 내부에 24개의 설비구조를 갖춘 NASA의 데스티니는 스테이션 전체를 통제하는 사령실이기도 하다. 그렇기에 우주실험 중 가장 중요하고 은밀한 실험이 대부분 여기서 이뤄지고 있다.

국제우주정거장에는 2000년 11월부터 우주인이 거주하고 있다. 이후 본격적인 운영에 들어가면서부터는 2명 이상의 사람들이 항상 머무르게 되었다. 우주왕복선의 승무원 교대는 보통 1년에 3~4번 진행되고, 한번 올라가면 3~6개월 정도 체류하는 편이지만 1년 동안 체류하기도 한다. 이처럼 1년에 3~4번 정도 갱신되는 체류 프로그램을 '엑스퍼디션(Expedition)'이라고 부른다. 상시 체류 인원은 보통 6명으로 꾸려지며, 러시아와 미국이 각각 3명, 2명씩 배정한 뒤 기타 국가에서 1명 올려보내는 것이 일반적이다.
이 엑스퍼디션을 위해 우주비행사들이 이용하는 우주선은 러시아의 '소유즈(Soyuz)'호였다. 미국 NASA 소속 우주비행사들도 그동안 소유즈를 타고 다녔다. 그러나 앞으로는 상업 승무원 수송 프로그램에 따라 스페이스X의 '드래건(Dragon) 2' 같은 민간기업의 우주선 이용 비중을 늘려나가다 소유즈 이용을 완전히 대체할 예정이다.
엑스퍼디션 외에도 임시체류가 가능함은 물론이다. 특히, 러시아의 경우 2000년대 초부터 다양한 민간인 방문 프로그램을 운영해 왔다. 이에 2020년까지 대략 240여 명의 사람들이 국제우주정거장을 방문했다. 우리나라 한국항공우주연구원 소속 이소연 박사도 2008년 러시아 우주선 소유즈를 타고, 국제우주정거장에서 10일간 머물며 과학실험을 했다.

이처럼 우주비행사들이 체류하면서 연구가 진행되고 있는 국제우주정거장에 대한 안전성 문제가 꾸준히 제기되어 오고 있다. 우선 무엇보다도 운석이나 우주 파편 등과의 충돌 가능성이 수시로 일어나고 있다는 점이다. 2018년 9월에는 국제우주정거장과 도킹해 있던 소유즈의 궤도 모듈에서 드릴로 뚫린 것이 확실한 구멍이 발견되었다. 만약 발견되지 않았다면 국제우주정거장 안의 공기가 전부 손실될 수 있었던 대형사고인데, 다행히 현지에서 구멍을 찾아서 응급처치를 했다. 당시 우주비행사가 고의로 구멍을 뚫은 것일지도 모른다는 의혹이 제기되기도 했으나, 조사 결과 소유즈 제작 당시 조립공이 실수로 구멍을 뚫은 것으로 밝혀졌다.
2021년 11월에도 국제우주정거장의 승무원들이 한때 긴급 대피하는 소동이 발생하였다. 이는 러시아가 자국 위성을 미사일로 요격해 파괴할 때 발생한 1,500개 이상의 우주 파편이 국제우주정거장으로 떨어진 데 기인한 것이다.

국제우주정거장의 미래는 어떻게 될까? 그동안 프로젝트를 사실상 주도해 오던 미국의 NASA는 2015년, 가능한 한 이른 시점에 국제우주정거장 운영에서 손을 떼고 달과 화성 탐사에만 집중할 것이라고 선언했다. 이는 국제우주정거장 운영에 워낙 많은 비용이 들어갈 뿐만 아니라, 당시까지만 해도 우주인을 실어나르는 유인 우주왕복선을 러시아에 의존해 왔기 때문이다. 이에 NASA는 2024년~2025경 국제우주정거장의 운영을 중단하는 계획을 세웠었다.
그러나 국제우주정거장이 지닌 상징성과 효용성으로 인해 미국은 달 궤도에 위치하는 우주정거장인 '루나 게이트웨이(Lunar Gateway)'가 완공되기 전후인 2030년까지는 지속적으로 운영해 나갈 것으로 보인다. 이에 따라 ISS의 수명연장 및 신형 에너지 모듈 등 중축 사업이 예정되어 있다. 아울러 NASA는 국제우주정거장 운영 중단 2년 전인 2028년까지 상업용 우주정거장이 가동되기를 희망한다는 견해도 밝혔다.

한편, 지금까지 우주개발의 전초기지로 활용되어온 국제우주정거장이 점차 우주호텔로 변신하고 있다. NASA는 2019년 6월, 국제우주정거장을 관광 등 민간 상업용도로 개방한다는 계획을 밝혔다. 이에 민간 우주기업체들은 국제우주정거장을 우주여행 상품으로 활용할 예정이다. 국제우주정거장의 하룻밤 숙박비용은 3만 5천 달러에 달하는 것으로 알려졌다. 물론 국제우주정거장까지 날아가기 위해 탑승해야 할 유인우주선 비용 약 5~6천만 달러는 별도이다.
2022년 4월 25일, 사상 처음으로 민간인들로만 구성된 승무원들의 국제우주정거장 여행이 성공적으로 이뤄졌다. 그동안 민간인의 국제우주정거장 방문은 전문 우주비행사와 동행한 가운데 러시아의 소유즈 우주선을 이용해 러시아쪽 모듈에서 이뤄졌다. 그러나 이번은 미국의 우주관광업체인 액시엄 스페이스(Axiom Space) 주관으로 민간인 4명이 스페이스X의 크루 드래건(Crew Dragon)으로 국제우주정거장 여행을 마치고 지구로 귀환하였다.

이제 국제우주정거장은 영화 세트장으로도 활용되고 있다. 2021년 10월, 러시아 국영 TV 제작진들은 배우 율리아 페레실드와 감독 클림 시펜코는 영화 '비조프(Вызов, 도전이라는 뜻)' 촬영을 위해 우주로 향했다. 이들은 12일간 국제우주정거장에서 머물며 약 40분 분량의 영화 장면을 촬영했다.
미국의 영화배우 톰 크루즈(Thomas Cruise)도 스페이스X 및 NASA와 함께 영화 제작 프로젝트를 추진 중이다. 이 영화 촬영을 위해 영화제작사는 2024년 우주 스튜디오를 국제우주정거장으로 발사해 설치할 계획을 지니고 있다. 그리고 실제로 많은 촬영 작업이 이 우주 스튜디오에서 이뤄질 예정이다.

한편, 중국은 미국과 러시아가 주도하는 국제우주정거장과는 별도의 독자적인 우주정거장 프로젝트를 추진하고 있다. 이에 따라 2011년과 2016년 연이어 '하늘의 궁전'이라는 뜻을 가진 '톈궁(天宮)' 1호와 2호를 발사하였다. 톈궁 1호와 톈궁 2호는 실험용 우주정거장으로, 수명이 다 되어 각기 2018년과 2019년 대기권으로 낙하되어 폐기되었다.
그러나 중국은 여기서 얻은 지식을 활용해 2022년 말경 독자적인 우주정거장을 건설하여 10년간 운용할 계획을 지니고 있다. 신설될 '톈궁 우주정거장'은 길이 37m, 무게 90t으로 국제우주정거장(ISS)의 3분의 1, 퇴역한 러시아 우주정거장 미르와 비슷한 크기가 될 예정이다. 만약 국제우주정거장이 조기에 폐기될 경우 우주정거장은 중국의 '톈궁' 하나만 남게 된다.