MIT , 화성 탐사선 퍼서비어런스에서 산소 생성 장비  MOXIE  시험화성 대기에서 산소를 추출하는 실험이 착착 진행 중이다.

미국  MIT  연구진은 화성 표면에서 탐사 활동을 하는 '퍼서비어런스' 로버에 실린 산소 생성 장치 '목시( MOXIE ,  Mars   Oxygen   In-Situ   Resource   Utilization   Experiment )가 7번에 걸쳐 산소 생성 실험을 성공적으로 수행했다고 밝혔다.

이 연구 결과는 학술지 '사이언스 어드밴스( Science   Advances )'에 실렸다.
 

2020 년 발사된 화성 탐사 로버 퍼시비어런스와 탑재체 (자료= NASA )
■ 화성 대기에서 산소 생성

MIT  연구진이 미국 항공우주청( NASA )과 협력해 개발한  MOXIE 는 이산화탄소를 흡수해 산소를 추출하는 장치다.  2020 년 발사된 화성 탐사 로버 퍼서비어런스에 실려 화성에서 산소 생성이 가능한지 실험했다. 처음으로 외계 행성에서 현지 자원을 활용해 필요한 자원을 만드는 시도를 한다는 점에서 주목된다.

MOXIE 는 화성 대기의  96 %를 차지하는 이산화탄소를 흡수, 필터에서 불순물을 걸러낸 후 압축한다. 이어 이산화탄소를 고체산화물전해조라는 장비로 가열해 일산화탄소와 산소로 분리한다. 산소 이온은 세라믹 멤브레인을 거쳐 산소가 되고, 일산화탄소는 별도의 통로를 따라 배출되는 방식이다.
 

화성에 고립된 우주인의 생존기를 그린 영화 '마션'의 한 장면
이렇게 만들어진 산소를 활용, 화성에서 로켓을 발사할 때 추진제 등으로 활용하고 나아가 우주인이 호흡하는 환경까지 만들 수 있을지 연구하는 것이 목표다. 이는 유인 화성 유인 탐사, 나아가 화성 기지 건설 등에 필수적이다. 미국 항공우주청( NASA )은 4명의 우주비행사를 태운 로켓을 화성에서 발사하려면 약  25 톤의 산소가 필요할 것으로 추산한다.

■ 다양한 조건에서 산소 생성 검증

MOXIE 는  2021 년 4월 첫 실험에서 약  5.4g 의 산소를 생산한 것을 시작으로, 지난해 말까지 총 7번에 걸쳐 여러 조건에서 산소를 만들었다.

연구진은 화성의 계절 변화에 맞춰 낮과 밤 시간에 각각 산소 생성 실험을 진행, 매번 목표한대로 시간당  6g  정도의 산소를 안정적으로 생산했다고 밝혔다. 이는 지구의 보통 나무가 생산하는 산소의 양과 비슷하며, 우주인 한 명이  10 분 간 활동하는데 필요한 수준이다.

연구진은 대기 농도가 가장 짙어지고 이산화탄소도 가장 많아지는 화성의 봄철을 겨냥, 산소 생산 용량을 높일 계획이다. 산소를 얼마나 많이 만들 수 있는지 검증하기 위해서다.
 

MOXIE  장비가 화성 탐사 로버 퍼서비어런스에 실리고 있다. (자료= NASA )
다만 기온 변화가 급격한 화성의 새벽이나 황혼 시간에는 아직 산소 생성 실험을 하지 못 했다. 연구진은 실험실 연구를 통해 이같은 조건에서의 산소 생성 작업을 진행, 향후 화성에서 언제든 산소를 만들 수 있는 단계로 나아간다는 목표다.

연구 책임자인 마이클 헥트  MIT  헤이스택관측소 선임연구원은 "우리는 앞으로 대규모 시스템을 구축하는데 필요한 수많은 정보를 얻었다"라고 말했다.

■ 화성 산소 생산 확대...화성 유인 탐사, 로켓 발사 지원

연구진은  MOXIE 의 안정성을 확인하는대로 장비 규모를 확대, 산소 생산량을 높일 계획이다.

현재  MOXIE  장비는 퍼서비어런스의 여러 실험 장치 중 하나로 탑재돼야 했기 때문에 크기와 성능에 제약이 있다. 또 다른 실험이 진행되는 동안에는 전원을 끄고 산소 생성을 중단해야 한다. 이처럼 전원을 수시로 키고 끄면 열 변형이 일어나는 등 장비에 악영향을 미친다.
 

NASA  화성탐사 로버 '퍼시비어런스'와 소형 셀리콥터 '인제뉴어티' (사진= NASA  /  JPL- 칼텍 /  MSSS )
MOXIE 의 성능이 검증되면 보다 규모가 큰 전용 장비를 구축해 중단 없이 가동, 산소 생산을 확대할 수 있을 것으로 연구진은 내다봤다. 화성 현지의 열악한 상황에서 견딜 수 있다면, 향후 수천 시간 동안 가동할 수 있는 장비 개발도 가능할 것이란 기대다.

제프리 호프만  MIT  항공우주공학과 교수는 "화성 유인 임무를 수행하려면 지구에서 많은 것들을 가져가야 한다"라며 "산소를 지구에서 가져가지 않고 현지에서 만들 수 있다면 임무를 훨씬 빨리 진척시킬 수 있다"라고 말했다.