화성 유인기지 첫 걸음…전기화학 방식으로 산소 이온 결합

미 항공우주국(NASA)의 화성탐사 로봇인 ‘퍼서비어런스(Perseverance)’가 화성에서 이산화탄소(CO₂)로 산소(O₂)를 생성해 내면서 화성 유인기지로 향하는 첫걸음을 내디뎠다.

NASA는 향후 화성에 우주인을 보내기 전 이 ‘화성 현지 자원 활용 산소 실험(MOXIE)’ 장치보다 큰 기기를 미리 보내 우주인이 숨 쉴 수 있는 충분한 산소를 만들고 지구로 귀환하는 우주선에 넣을 연료도 만들 계획이다.

매사추세츠공과대(MIT) 헤이스텍 관측소 연구진은 퍼서비어런스에 탑재된 ‘화성 현지 자원활용 산소 실험(MOXIE)’ 장비를 이용해 총 7차례 실험을 통해 산소를 생산해냈다고 지난 9월 1일 밝혔다. MOXIE 장치는 각각의 실험에서 시간당 6g의 산소를 만들어냈다. 산소 6g은 나무 한 그루가 광합성을 통해 내뿜는 양으로 우주인 한 명이 10분간 활동할 수 있다.

MOXIE는 한 변의 길이가 약 20㎝인 사각형 형태로 작은 크기이지만 산소를 생성하는 데는 안정적이고 효율적인 성능을 보였다고 전했다. MOXIE는 먼저 오염물질을 걸러내는 필터를 통해 화성의 공기를 흡입하고 이를 압축해 ‘고체산화물 전기분해장치(SOXE)’로 보낸다. 여기에서 공기는 전기화학적인 방식으로 산소 이온과 일산화탄소로 분리되며 산소 이온들끼리 재결합돼 인간이 호흡할 수 있는 산소가 생성될 수 있도록 구성됐다.

이때 MOXIE 장치는 일산화탄소와 기타 다른 가스를 대기 중으로 방출하기 전 그 양과 순도를 측정한다.

현재 MOXIE 장치는 로봇의 탐사 일정과 임무에 따라 주행을 시작하고 종료되는 짧은 시간 동안 작동하도록 제작됐다.

MIT 항공우주비행학과 제프리 호프만 교수는 “이것은 실제로 다른 행성 표면의 자원을 사용하고 그 자원들을 우주인의 임무에 사용할 수 있도록 화학적으로 변환시키는 첫 번째 실험이라는 점에서 역사적인 일”이라고 말했다.

화성의 대기는 지구보다 훨씬 더 다양하다. 따라서 이번 실험이 특별한 이유는 화성의 다른 계절과 낮과 밤 등 다양한 조건에서 7번의 실험을 통해 산소를 생산해냈다는 점이다. 이는 화성의 다양한 환경조건에서도 산소 생산이 가능한 것을 보여준 것이다.

이와 관련 호프만 교수는 “화성의 공기 밀도는 1년 내내 2배 정도 변할 수 있고 온도는 100도 이상 차이가 나지만 이 장치는 이번 실험을 통해 어떤 계절이든지 가동할 수 있다는 것을 보여줬다”고 덧붙였다.