스위스 EPFL(Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) 연구팀이 실시한 새로운 연구에 따르면 소행성에서 금속을 채굴하고 현장에서 로켓 연료를 생산하는 것은 미래의 화성 식민지화를 위한 현실적이고 실행 가능한 물류 솔루션을 제공하여 지구 공급에 대한 의존도를 크게 줄이고 임무 비용을 압축할 것으로 예상됩니다. 과학자들은 공상과학 소설처럼 보이지만 점점 더 현실화되고 있는 질문에 대답하려고 노력하고 있습니다. 인간이 정말로 화성에서 오랫동안 생존하고 싶다면 우주에 있는 소행성이 핵심 공급원이 될 수 있을까요?

대중 문화에서 소행성은 종종 "위협"으로 나타납니다. 예를 들어, 할리우드 영화 '아마겟돈'에서는 우주비행사와 유정 작업자들이 우주에 있는 '텍사스 크기' 소행성을 폭파시키려고 합니다. 그러나 과학적 연구 관점에서 볼 때 소행성은 '떠다니는 광산'에 더 가깝다. 그 가치는 파괴에 있는 것이 아니라 다른 행성에 "세계를 건설"하기 위한 자원을 제공하기 위한 개발 및 활용에 있습니다.

연구에 따르면 화성 식민지 건설은 공학적 문제일 뿐만 아니라 심각한 물류 문제이기도 합니다. 진정으로 지속 가능한 화성 기지에는 식량과 산소뿐만 아니라 주거 시설용 구조용 강철, 장비용 알루미늄, 도구 제작 및 수리용 철과 같은 다량의 금속도 필요합니다. 이러한 부품은 필연적으로 마모되고 손상되며 장기적으로 교체해야 합니다. 모든 공급이 지구에서의 발사에 의존한다면 금속을 "공급품"으로 운송하는 것은 장기적으로 비경제적이고 지속 불가능할 것입니다.

현재 지구에서 로켓을 발사하는 데 드는 비용은 화물 1톤당 수천만 파운드이며, 화성까지의 여행은 지구와 화성의 각 궤도에서의 상대적 위치에 따라 약 6~9개월이 소요됩니다. 이러한 시간과 비용의 여건에서 전통적인 방법으로는 "성간 철물점" 스타일의 공급 시스템을 유지하는 것이 거의 불가능합니다.

새로운 연구에서 EPFL 팀은 "소행성에서 화성까지 금속을 운반하는" 전체 과정을 시뮬레이션하고 정량적으로 분석하기 위해 복잡한 계산 모델을 구축했습니다. 태양계에는 철, 니켈 및 기타 귀금속으로 만들어진 거대한 "금속 덩어리"인 금속이 풍부한 M형 소행성을 포함하여 행성 궤도 사이를 표류하는 수백만 개의 소행성이 있습니다. 연구의 핵심 질문은 기존 또는 예측 가능한 우주 기술 조건 하에서 인간이 충분히 낮은 에너지와 비용으로 이러한 목표 소행성에 도달하고, 자원 추출을 완료하고, 금속을 화성으로 안전하게 운송할 수 있는가입니다.

팀이 개발한 계산 프로그램은 여러 잠재적 공급망 솔루션 중에서 "완전히 검색"하여 수천 가지 조합을 테스트하고 비교하여 최적의 솔루션을 찾습니다. 이 모델은 우주선이 다른 소행성과 화성 사이를 이동하는 데 필요한 에너지, 현실적으로 채굴 및 운송할 수 있는 금속 질량, 행성을 오가는 임무에 필요한 추진제의 양 등 몇 가지 주요 변수를 고려합니다. 이 연구는 특정 조건 하에서 이러한 "우주 금속 공급망"을 구축하는 것이 이론적으로 가능하지만 그 타당성은 목표 선택과 임무 설계의 정교함에 크게 좌우된다는 결론을 내렸습니다.

연료 문제는 전체 계획의 핵심 부분이며, 연구에서 "영리한 반전"을 제안하는 부분이기도 합니다. 일부 소행성은 탄소와 얼음이 풍부한 탄소질 소행성입니다. 이러한 천체에서 자원을 처리할 수 있다면 지구 왕복 여행에 필요한 모든 연료를 운반할 필요 없이 우주에서 직접 로켓 추진제를 생산할 수 있습니다. 새로운 연구는 "소행성에서 현장에서 연료를 생산"한다는 아이디어를 공급망 계산에 통합합니다. 이는 일부 운송 임무가 우주에서 자급자족할 수 있음을 의미하여 전체 임무의 경제성과 유연성을 크게 향상시킵니다.

연구팀은 다양한 궤도 조건과 소행성 유형에 대한 시뮬레이션과 분석을 통해 기존 항공우주 기술의 역량 내에 있고 현실적인 접근성을 갖춘 다수의 표적 후보를 식별했습니다. 이러한 목표 소행성은 궤도 에너지 요구 사항과 잠재적으로 활용 가능한 자원 간의 상대적 균형을 달성하여 이론적으로 비용을 "회수"하는 왕복 임무를 가능하게 합니다. 반대로, 부적절하게 선택된 소행성은 추진제 소비로 얻는 것보다 더 많은 손실을 입을 수 있으며, 연료 소비는 운반되는 금속의 가치를 초과할 수도 있습니다.

이 연구는 또한 번호 253인 마틸드(Mathilde)와 같은 일부 탄소질 소행성은 풍부한 물과 탄소 함량으로 인해 미래 우주 임무에서 연료 제조를 위한 "주유소" 및 원자재 기지가 될 것으로 예상된다는 점을 강조했습니다. 동시에, 금속이 풍부한 소행성은 화성 표면 건설 활동을 위한 강철 및 합금과 같은 기본 재료를 제공하는 "대략 가공된 광물 공급원"으로 더 적합합니다. 두 가지 유형의 천체는 공급망에서 각자의 임무를 수행하고 서로를 보완합니다.

실제 소행성 채굴 작업과는 아직 기술적, 공학적 거리가 멀지만, 이 연구의 의의는 해당 문제가 환상이 아닌 물류 및 시스템 공학의 관점에서 이론적으로 '해결 가능'하다는 점을 입증했다는 점입니다. 이 연구는 소행성에서 금속을 채굴하고, 우주 현장에서 연료를 제조한 다음 이러한 자원을 화성으로 운송하여 식민지 건설을 위한 핵심 재료를 제공하는 완전한 개념적 경로를 제안합니다. 이 비전에서 화성에는 건축업자와 엔지니어뿐만 아니라 소행성부터 화성까지 성간 공급망을 관리하는 새로운 '물류 책임자'도 필요하며, 최신 연구에 따르면 이러한 시스템이 과학 및 엔지니어링 수준에서 가능하다는 것이 밝혀졌습니다.

이 작업은 사전 인쇄 플랫폼 arXiv에 "From a Logistics Perspective: Using Asteroid Mining to Support Mars Colonization"이라는 제목으로 출판되었으며 Serena Suriano, Shamil Biktimirov, Dmitry Pritykin 및 Anton Ivanov가 공동 서명했습니다. 이번 연구는 우주 비행의 경제, 소행성 자원의 활용, 행성 기지의 지속 가능성 사이의 체계적인 연관성을 확립했으며, 향후 장기 화성 임무를 계획하는 데 중요한 이론적 기반을 제공하고 '화성을 제2의 고향으로 만드는 방법' 문제에 대한 새로운 아이디어도 제공했습니다.