우주로 향하는 유일한 방법인 로켓은 대량 액체 연료를 필요로 하기 때문에 매번 값비싼 발사 비용을 요구한다. 이런 발사 비용이 우주 개발을 방해하는 요인 가운데 하나인 것. 이런 로켓보다 저렴한 비용으로 우주에 진출할 수 있는 아이디어로 구상한 게 바로 우주 엘리베이터(Space elevator)다.
우주 엘리베이터의 작동 방식을 이해하려면 궤도에 대한 개념을 먼저 알아야 한다. 로켓이 궤도로 들어간다고 보통 말하지만 궤도에 들어간다는 건 계속 떨어지는 것이다. 공을 던지면 호를 그리며 땅에 떨어지는데 우주에서도 같은 일이 일어난다. 우주에서 빠른 진행으로 계속 떨어지는 상태, 그러니까 지구 주위를 계속 날게 된다. 지구에서 궤도에 들어가려면 로켓에 많은 연료를 소비해 궤도에 들어갈 수 있는 비행 속도에 도달해야 한다.
만일 우주 공간과 같은 높은 위치에서 로켓을 발사할 수 있다면 적은 연료로도 속도를 올릴 수 있다. 로켓 장난감을 갖고 노는 아이와 개미를 예로 들면 알 수 있다. 어린이 손에 달라붙은 개미는 점프를 해도 조금밖에 날 수 없다. 하지만 장난감에 붙어 있다면 점프를 하면 훨씬 더 멀리 날 수 있다. 다시 말해 우주 공간에서 로켓을 날릴 수 있다면 속도가 빠르기 때문에 적은 연료로도 로켓을 궤도에 진입시킬 수 있다.
https://www.youtube.com/watch?v=qPQQwqGWktE
행성간 항행에도 훨씬 유리하다. 우주 엘리베이터가 있다면 우주 개발에는 새로운 세계가 열릴 수 있다. 하지만 우주 엘리베이터를 만들려면 천문학적인 비용이 필요하다.
아틀라스V(Atlas V) 로켓을 생각해보면 1회 발사 비용은 1억 6,000만 달러에서 1억 8,700만 달러다. 발사할 때에는 부품에 액체 연료 414톤을 필요로 한다. 아틀라스V를 만일 우주 택배로 이용한다면 1kg당 2만 달러라는 비용이 들어간다. 사람은 130만 달러, 자동차는 4,000만 달러, 우주정거장이라면 1억 달러에 달하는 엄청난 금액이다.
이런 거액은 우주 개발을 막는 최대 걸림돌이다. 기술을 확보했더라도 아직까지 로켓을 비행기처럼 부담 없이 탈 수 있는 날이 오기 쉽지 않은 이유다.
반면 우주 엘리베이터의 설치비용은 200억 달러로 추정된다. 한 번 만들면 우주 엘리베이터를 통해 물자를 수송할 수 있는 건 물론이다. 1kg당 화물 수송량은 200달러, 100만 톤 화물을 운반이 가능하다. 100만 톤이라도 하면 우주정거장 2개 분량에 상당한다.
https://www.youtube.com/watch?v=MkPDKVkVaj0
우주 엘리베이터를 구성하는 주요 부품은 로프와 추, 닻, 본체 4가지다. 지구 측에 있는 닻과 우주 공간에 있는 추를 로프로 연결하고 로프를 따라 연결된 엘리베이터를 따라 우주와 지구를 오가는 것이다. 로프는 3만 6,000km로 지구 직경의 3배에 달한다.
우주 엘리베이터의 구조는 고안된 상태지만 실제로 만드는 건 쉽지 않다. 로프는 가볍고 저렴하면서도 지금 있는 물질보다 튼튼해야 한다. 그래핀과 카본 나노실(Carbon nanothread) 등이 후보로 거론되고 있지만 강도가 아직 충분한 수준은 아니라고 한다. 강도 뿐 아니라 부식에 강해야 하며 우주 방사선이나 파편에 견딜 수 있어야 하는 건 물론이다.
또 엘리베이터가 우주까지 상승하려면 며칠이 걸리고 여기에 필요한 막대한 에너지를 만들 동력원도 있어야 한다. 동력원으로 원자로 등 어떤 방법을 써야 할지 아직 발견되지 않은 상태다.
로프 재료가 정해지더라도 3만 6,000km 규모에 필요한 재료 조달도 숙제다. 다른 행성에서 대량으로 광물을 발견하는 것도 방법이 될 수 있지만 로프를 우주나 지구 어디에서 가공해야 할지 여부 등 아직까지 기술적 과제가 많이 남아 있다.
사고 위험성도 고려 대상이다. 만일 지구 땅속에 묻은 닻에서 로프가 끊어지면 우주로 날아가 버릴 수도 있다. 또 엘리베이터가 지구로 낙하하는 대참사가 벌어질 수도 있다. 지구 직경 3배에 달하는 로프와 엘리베이터 기계 등이 거대한 파편이 되어 지구 주위를 돌게 될 수도 있는 것.
https://www.youtube.com/watch?v=j9XVHhkWxpI
따라서 우주 엘리베이터를 만든다면 실패는 용납되지 않을 것이다. 영화 스타워즈에서 요다의 대사(Do. Or do not. There is no try)처럼 시도해보는 게 아니라 될 것이라 강하게 믿고 해내야 한다는 것이다. 물론 기술적 장벽을 완화하기 위해 먼저 달에 만들어보자는 아이디어도 나오고 있다. 지구보다 중력이 가볍기 때문에 케블라 같은 기존 물질을 로프로 사용할 수도 있다. 우주 엘리베이터를 만드는 건 다양한 이익이 따라오지만 그만큼 어려운 도전인 건 분명하다. 만일 우주 엘리베이터가 완성된다면 SF 영화에서나 보던 우주 시대가 열리게 될 것이다.<저작권자(c) 테크홀릭(<a href=https://s.ppomppu.co.kr?idno=review2_46926&target=aHR0cDovL3d3dy50ZWNoaG9saWMuY28ua3Iv&encode=on target=_blank>http://www.techholic.co.kr/). 무단전재-재배포금지> * 이 기사는 제휴를 통해 뽐뿌에 제공되고 있습니다. | 
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