'태양계 밖으로의 탈출 플랜' 우주의 조약돌 4기 <성과발표회>

먼 훗날 지구에 위기가 찾아왔을 때 인류가 다시 살아갈 수 있는 새로운 행성을 찾기 위해 아직 가보지 못했던 세계를 상상하고 연구해온 의 200일 간 여정, ‘중학생이 설계한 인류의 마지막 탈출 플랜’의 성과가 2026년 1월 10일 공개되었습니다. 이번 우주 미션 프로젝트에서는 SF적 상상력이 실제 공학 연구과제로 구현되는 과정을 직접 경험할 수 있었는데요. 지구에서 더 이상 살 수 없게 된 미래에 지도조차 없는 미지의 영역으로 나아가 텅 빈 우주를 가로질러 태양계의 경계를 넘어야 하는 불가능해보이는 일에 도전하는 이번 미션은 학생들에게도 한계를 넓혀가는 거대한 실험이었습니다. 제 2지구 탐색을 위한 우주 망원경, 외우주 항해를 위한 탐사선, 태양계 마지막 우주 정거장, 핵융합 기반 추진체, 심우주 항법 시스템, 수륙양용 착륙선 설계로 이어지는 4기의 우주 미션 프로젝트, 지금 시작합니다. 거대한 미션의 도입부를 연 팀은 ‘우주 망원경’ 설계를 맡은 Project Oculus 였습니다. 목표는 테라포밍 같은 기술 없이도 인간이 살 수 있는 환경을 가진 외계 항성계에서 제 2지구를 찾기 위해 기존의 한계를 넘어서는 새로운 우주 망원경을 설계하는 것입니다. 이를 위해 형태와 구조, 렌즈 설계, 관측법과 통신 방법 등의 모든 요소를 고민하였고 초고화질 관측을 위한 특수 액체 렌즈 기술을 적용하고자 했습니다. 또한 허브-노드 구조를 통해 관측한 데이터를 허브에서 AI를 활용하여 보다 정밀하게 거주 가능성을 판단할 수 있는 시스템을 구축했습니다. 한국천문연구원 이재진 박사 "외계 행성을 찾는 일은 천문학자에게는 꿈의 작업이다. 중학생이 액체렌즈를 활용하겠다는 참신한 아이디어를 내는 모습을 보니 뿌듯하다. 밝게 빛나는 별 때문에 주변의 행성을 관찰하기 어려운 한계도 있는데, 차폐막을 통해 빛을 차단하는 방식을 활용할 수 있어서 추후에 이런 부분도 연구해보는 것을 추천한다.” 은하철수 555 는 앞서 찾은 목적지로 가기 위해 구조적 안정성과 수송 능력을 갖춘 탐사선 설계를 맡았습니다. 아주 작은 미세먼지와의 충돌도 큰 충격으로 이어질 수 있는 극도로 가혹한 우주 환경에서 우주선의 모든 부품이 고장날 수 있는 긴 시간을 안전하게 버틸 수 있어야 하는 어려운 조건입니다. 이를 위해 우주선을 보호하기 위한 휘플 쉴드 구조를 적용하였고, 원자력 전지 기반의 안정적 전력 공급 시스템, 지구와 우주정거장까지 통신이 가능한 고출력 레이저 통신부 등을 설계했습니다. 이와 함께 항법 시스템, 추진 기관, 착륙선을 맡은 다른 팀과도 협업하여 미지의 우주로 나아가기 위한 준비를 마쳤습니다. 한국항공우주연구원 김대권 박사 "시스템 엔지니어링을 이렇게 체계적으로 정리했다는 점이 매우 인상적이다. 하나의 시스템은 여러 서브시스템이 조합되어 구성되듯, 학생들이 전력부부터 통신부까지 전체 구조를 구상한 점이 돋보인다. 특히 미션의 방향성을 유지하면서 각 서브시스템별 세부 목표를 정의하고 이를 통합한 과정이 인상 깊다." 머나먼 장거리를 이동할 심우주 탐사에서 우주정거장은 탐사선을 수리하고 연료를 공급하며, 재가속을 통해 최고 속도에 더 빨리 도달할 수 있게 하는 핵심 거점입니다. 이를 위해 보이저 4호 는 우주정거장의 위치를 설정하고, 탐사선이 도킹·연료보급·수리·재가속 등 장거리 탐사에 필요한 종합 지원 인프라를 제공하는 정거장 운영 시스템을 개발했습니다. 위치는 오르트 구름 외곽으로, 우주선을 둘러싸고 있는 원통 모양의 정거장 형상을 설계했습니다. 또한 정렬 오차를 방지하고 도킹 포트를 안전하게 밀폐할 수 있는 새로운 도킹 포트를 제안했는데요, 이에 더해 플라즈마 자기장 가속 장치를 활용하여 자기 압력을 통해 우주선을 추진시키는 방법을 재가속 방안을 구상했습니다. 한화에어로스페이스 오승호 상무 "주제를 과학적이고 현실적인 관점에서 접근한 점이 높이 평가된다. 재가속, 연료 보충, 위치 선정 등 주요 요소를 합리적으로 설정한 부분이 인상 깊다. 도킹 랑데뷰 기술이 세계적으로 표준화되는 과정에 있다는 점에서, 이러한 상세 설계에 대한 접근을 중학생이 시도했다는 사실이 놀랍다. 우주정거장은 기업뿐 아니라 국가적 차원에서도 계속 추진되는 중요한 과제인 만큼, 학생들이 이 분야에 대한 관심을 이어가길 바란다." 외우주로 나선 탐사선이 광년 단위의 거리를 항해하기 위해서는, 무엇보다 강력하면서도 효율적인 추진 시스템이 필요한데요. 이를 위해 Galaxy Intellexi 는 고속 비행과 효율적 감속까지 고려한 핵융합 기반의 차세대 추진 시스템을 설계했습니다. 관성 핵융합(ICF) 기반 핵펄스 추진 엔진을 선택한 후 엔진 성능에 맞춰 필요한 연료량을 산정하고, 우주정거장을 설계한 팀과 협업해 연료 탱크의 크기와 질량을 구체화했습니다. 또한 연결된 구조물이 회전하며 재배치되는 설계를 통해 중복 안정성을 확보했고, 감속과 역추진을 위한 접이식 노즐, 장거리 비행 중 발생하는 열을 효과적으로 방출하기 위한 종이접기 구조의 접이식 방열기를 적용했습니다. 이를 통해 우주정거장을 출발해 더 먼 우주로 나가기 위한 준비를 마쳤습니다. 우주항공청 박재성 부문장 "전체 주제가 외계 행성 관측과 정착 가능성 탐구에 초점을 두고 있는 점이 흥미롭다. 여러 요소가 협력해 하나의 거대한 체계를 만들어가는 접근도 인상적이다. 실제로는 정거장도 움직이고, 비행선 역시 속도를 완전히 줄이지 않고 재가속해야 하는 점을 고려할 필요가 있다. 전반적인 스토리에서 30년 후에나 우리가 실제로 맞닥뜨릴 과제를 미리 고민해본 점이 인상 깊었으며, 앞으로 우리 우주 분야의 미래가 더욱 기대된다." 인간의 개입 없이도 탐사선이 스스로 위치를 파악하고 목적지까지 경로를 설정할 수 있도록 완전 자율 항법 시스템의 구현을 연구한 Scorpius 는 탐사선이 심우주를 항해하는 동안에도 위치 기준으로 활용할 수 있는 별자리를 항법의 기준점으로 삼는 스타트래커(Startracker)방식을 제안했습니다. 이 방식을 통해 별 관측 기기를 활용해 최적의 기준 별자리를 선정하고, 이를 바탕으로 탐사선의 위치를 추정하는 알고리즘을 개발했습니다. 현재의 별지도와 좌표계를 기준으로 출발해, 시간에 따라 변하는 별의 위치를 반영한 미래 별지도를 작성하고, 적합한 별 관측 기기를 선정한 뒤 광학 시뮬레이션을 통해 위치 계산 가능성을 검증했습니다. 한국항공우주연구원 김대관 박사 "앞으로는 GPS 없이도 항법이 가능한 시대가 올 것이다. 학생들이 이미 심우주 항법 시스템을 구상하고 있다는 점이 매우 인상적이다. 스타트래커는 다누리호에도 탑재된 장비로, 주된 목적은 거리 측정보다 자세 제어에 있다. 이를 거리 계측에 활용하겠다는 아이디어는 참신하고 독창적이다. 다만, 장기간 운용 시에는 오차 누적과 원자시계의 정밀도 문제가 발생할 수 있어, 이 부분에 대한 고려도 필요하다." 우리가 도착하게 될 제2의 지구는 지형도, 해수면의 분포도, 착륙 가능한 지점 역시 미리 예측할 수 없는 곳입니다. 이러한 불확실성 속에서 성심당 은 지면과 해수면 어디에든 착륙할 수 있는 하이브리드형 착륙선을 목표로 삼았습니다. 대기권에 안전하게 진입해 감속하고, 어떤 환경에서도 착륙한 뒤 로버를 투입해 탐사를 시작하는 임무입니다. 대기권 진입 시 발생하는 극심한 열을 견디기 위해 탄소–페놀릭 계열 소재를 열차폐막으로 선정하였고, 감속 단계에서는 드래그 낙하산과 메인 낙하산을 단계적으로 활용하는 방안을 제안해 안정성을 높였습니다. 지상 착륙 시에는 비뉴턴 유체를 활용한 댐퍼 시스템으로 충격을 흡수하하고, 해수면에 도달할 경우에는 구형 부력체를 통해 부드럽게 착수할 수 있도록 설계했습니다. 이를 통해 미지의 행성 위에 인류가 처음 발을 내딛기 위한 가장 안전한 첫 걸음을 준비했습니다. KAIST 이정률 학과장 "어두운 발표장을 나서는 순간 마치 다른 행성에 도착할 것 같은 느낌을 받았다. 아직 착륙 지점을 명확히 알 수 없기에 지구와 동일한 환경을 가정하고 있지만, 실제 재진입 과정에서는 다양한 문제가 발생할 수 있다. 특히 우주 환경에서는 액체 사용을 신중히 고려해야 한다. 이러한 현실적 요소들을 향후 설계 과정에 반영하면 더욱 완성도 높은 연구가 될 것이다." 우주 망원경을 시작으로 새로운 미래에 내려서는 착륙선까지 여섯 팀의 참신한 연구성과는 모두의 눈길을 사로잡았습니다. 이 여정에서 우주의 조약돌 4기에게는 우주에 대한 새로운 관점과 함께, 이를 넓히는 기회, 문제해결 능력과 함께 소중한 동료들과 추억을 쌓을 수 있었습니다. 한화와 함께 우주의 조약돌 프로그램을 공동 진행한 KAIST의 우주연구원 한재흥 원장은 격려사를 통해 “언젠가 여러분이 설계한 로켓이 정말 화성을 가고, 태양계 밖을 벗어나 심우주를 탐사할 날을 꿈꿔본다. 오늘을 인생의 큰 전환점으로 생각하여, 실패를 두려워하지 말고 상상력과 능력을 믿고 끝까지 잘 해나가길 바란다.”고 강조했습니다. 어려운 미션을 진행하는 과정에서 함께하는 ‘소통’과 연구에 몰입하는 ‘열정’, 상상이 아닌 논리로 뒷받침하는 진짜 ‘연구’를 배운 우주의 조약돌 4기의 앞날을 진심으로 응원합니다.