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화성의 물, 특수 전파로 탐색
테라헤르츠파 활용, 저비용으로

정보통신연구기구(NICT) 등은 초소형 탐사선를 이용해 화성의 수자원을 탐색하거나, 기상 예보 등의 지원을 위한 프로젝트를 추진하고 있다. ‘테라헤르츠파(Terahertz Waves)’로 불리는 특수 전파를 활용해 저비용으로 탐사를 실현. 화성으로의 인류 이주를 계획하는 비즈니스의 지원을 목표로 하고 있다.
 

“지금까지 순수한 과학 미션에서 이용되어 온 테라헤르츠파를 비즈니스에도 활용한다. 일론 머스크에 지고 싶지 않다”. 이번 프로젝트의 대표를 맡고 있는 가사이(笠井) NICT상석연구원은 자신감을 나타냈다.

테라헤르츠파는 전파와 빛의 중간에 위치한 주파수가 높은 전자파이다. 서브밀리파(Submillimeter Wave)라고도 불리며 빛의 관점에서 보면 원적외광에 해당한다.

우주에서는 지금까지 국제우주스테이션(ISS)에 탑재되어 지구의 대기 상층부를 관측하는 장치, ‘SMILES’ 등에 이용. 일본과 유럽이 공동으로 계획 중인 목성 탐사선 ‘JUICE’에도 장치의 탑재 준비가 추진되고 있다. 이 테라헤르츠파를 활용해 화성에서 물을 찾아내 비즈니스로 연결시키려는 것이 프로젝트의 핵심이다.

-- 로켓 연료로 --
스페이스X를 이끌고 있는 일론 머스크 씨가 2024년에 인류를 화성에 착륙시킨다는 계획을 내놓는 등, 화성과 달의 유인탐사 계획이 활발히 추진되고 있다. 이러한 계획을 실현하기 위해서는 우주에서의 물 확보가 불가결하다.

물은 음료 및 식료품 생산 등 사람의 생존에 필요할 뿐만 아니라, 수소와 산소로 분해해 로켓 연료 및 에너지원으로써도 사용할 수 있다. 지구에서 석유의 역할을 우주에서는 물이 담당하게 되기 때문에 수자원의 탐사 및 개발은 우주 벤처기업의 주요 타깃 중 하나이다.

-- 장치 소형화, 발사에 유리 --
높은 주파수를 가진 테라헤르츠파는 안테나뿐만 아니라 장치의 소형화가 용이하다. “사람의 생존에 필요한 물과 수소를 모두 탐색할 수 있고 장치의 소형화도 가능한 것은 테라헤르츠파뿐이다”라고 가사이 상석연구원은 설명한다.

테라헤르츠파는 대기가 두꺼운 지구에서는 우주에서 상층부 성층권의 움직임까지만 관측이 가능하다. 하지만 화성의 얇은 대기에서는 상층에서 지표까지 전체를 조사할 수 있다. 또한 화성에서 발생하는 모래 바람에도 방해 받지 않고 지표의 물을 탐색하는 것도 가능하다. 동시에 대기의 움직임을 상세하게 조사할 수도 있어, 화성의 기상 예보에도 도움이 될 것으로 예상되고 있다.

지금까지 우주탐사선에 탑재되어 온 카메라와 적외선 장치 등으로는 이와 같은 조건을 한번도 충족하지 못했다. 이 때문에 복수의 장치를 이용해야 했고 이로 인해 탐사선도 대형화되어 발사 비용도 비싸지는 것이다.

NICT는 도쿄대학 등과 협력해 테라헤르츠파를 활용한 관측 장치를 초소형 탐사선에 탑재해 화성에 보내는 ‘TEREX’계획을 추진해 왔다. 주파수가 높을수록 물과 산소의 감도가 높아져 장치의 경량화도 가능하다. NICT는 0.5테라헤르츠라고 하는 지금까지 불가능했던 높은 주파수를 이용, 소형 수신기도 개발했다.

-- 위성 중량 50분의 1로 --
NICT는 장치의 중량을 8kg 이하, 전력도 30와트 이하로 낮췄다. 경량화를 위해 안테나와 구조재에는 가볍지만 강한 CFRP(탄소섬유강화플라스틱)을 사용한다. 테라헤르츠파를 활용한 탐사에 기능을 집중함으로써 위성 전체도 소형화해, 2022년에 발사할 계획인 1호기는 73.3kg가 될 예정으로, 기존 화성 탐사기의 50분의 1정도 밖에는 되지 않는다.

기존의 화성 표면에서의 자원 탐사 기술을 확립하기 위해 1호기는 화성에 착륙하는 것을 목표로 한다. 2024년에 발사되는 2호기는 화성 궤도에 올리고 이후에도 동일한 초소형 탐사기를 계속해서 투입한다는 계획이다. “미래에는 많은 초소형 위성들이 화성 궤도를 돌도록 하고 싶다”(가사이 상석연구원). 복수의 탐사선들이 화성 전체를 꼼꼼하게 감싸 높은 빈도로 관측한다면 많은 물이 존재하는 장소를 정확하게 찾아내고, 정확한 기상 예측도 가능하게 될 것이다.

화성뿐만 아니라 달에서도 물의 탐사는 중요하다. 달에는 대기가 없어 장치는 보다 소형화할 수 있다. 민간에 의한 달 탐사가 본격화되기 시작하고 있는 가운데 테라헤르츠파가 달에서의 물 탐사에도 도움이 될 것은 분명하다.

테라헤르츠파는 사물을 손상시키지 않고 내부를 조사하는 비파괴 탐사 등에도 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있지만, 아직 개발이 진행 중인 기술이다. 화성이나 달에서의 수자원 탐사에서 앞서 나갈 수 있다면 우주 개발에서 일본의 존재감을 높일 수 있게 될 것이다.

 -- 끝 --