우주에서 길을 잃는다면? 300년 된 이 도구가 당신을 집으로 데려다줄지도 모른다

화성으로 향하던 중 갑자기 재난이 닥쳐 모든 전자 항법 시스템이 고장 났다고 상상해 보자. 어떻게 집으로 돌아갈 수 있을까?

미항공우주국(NASA) 우주비행사들에게 그 해답은 약 300년 전에 발명된 길 찾기 도구, 바로 육분의일 수도 있다. 지구의 항해사들과 초기 NASA 임무의 우주비행사들이 사용했던 육분의는 기술 시스템이 고장 날 경우에 대비한, 달 탐사 및 그 너머의 임무를 위한 최후의 수단인 항법 옵션이다.

전통적으로 육분의는 별이나 행성과 같은 천체 사이의 각도를 측정하여 자신의 위치를 계산하는 데 사용된다. 비상용으로 쓰이는 것 외에도 인류가 화성과 그 너머로 모험을 계획함에 따라 이러한 고대의 별 관측 기술은 NASA 엔지니어들의 관심도 점점 더 끌고 있다.

달 탐사를 위한 오리온 우주선과 아르테미스 임무의 항법 시스템 매니저인 그렉 홀트는 "우리가 멀리 나아갈수록 위성 같은 지구 기반 항법 기술에 점점 더 의존할 수 없게 된다"고 말한다.

"그래서 이제 여러분은 이른바 고전적인 항법 기술에 점점 더 의존해야 해요. 그리고 그 기술 중 일부는 16세기, 17세기, 18세기에 항해가 이루어졌던 방식으로 거슬러 올라갑니다."

그러한 고전적 항법의 시대에는 "자신이 어디에 있는지 파악하고 그 천체들에 상대적인 자신의 방향을 알아내기 위해 실제로 별을 바라봐야 했다"고 그는 설명했다. 이러한 기술들은 심우주에서 매우 중요할 수 있다. 왜냐하면 "일단 지구에서 멀어지게 되면 그것들이 가질 수 있는 유일한 기준점들 중 일부이기 때문"이다.

게다가 별을 이용해 항해하는 법을 아는 것은 생명을 구할 수 있다고 그는 강조했다.

"우리는 어떤 이유로든 지구와의 통신이 끊어질 경우를 대비해 (우주비행사들이) 안전하게 집으로 돌아갈 수 있는 방법을 확실히 갖추기를 원합니다."

달로 항해하기

지난 2018년 홀트와 그의 팀은 국제우주정거장(ISS)에 있던 두 명의 우주비행사 세레나 오넌챈슬러와 알렉산더 거스트에게 두 눈과 손으로 측정을 수행하며 휴대용 육분의를 테스트해 줄 것을 요청했다.

홀트는 "실제로 우주비행사들과의 통신이 끊어졌을 경우 그들을 집으로 데려오기 위한 비상 백업 항법 수단으로서 수동 육분의의 사용을 시연하게 했다"고 말했다.

"통신이 끊어지면 지구와의 무선 항법 링크도 잃게 되므로 그때부터는 오롯이 혼자 남게 되기 때문이죠."

이 실험은 항해의 역사 속으로 깊이 거슬러 올라간다. 1960년대 NASA는 고대의 별 관측 방식을 우주 비행에 맞게 적용했다. 그러나 초기에는 우주비행사들조차 이것이 제대로 작동할지 완전히 확신하지 못했다.

달에 발을 디딘 최초의 인간인 닐 암스트롱은 다음과 같이 회상했다.

"당시 내가 걱정했던 것 중 하나는 우리 항법이 충분히 정확한가 하는 점이었어요... 어떤 이유로든 지구와의 통신이 끊어진다면 천문 항법을 사용해 우리 스스로 항해할 수 있을까? 할 수 있을 거라 생각하긴 했지만 사실 그것들은 검증되지 않은 기술이었습니다."

대답은 '예스'였다. 그와 초기 우주 비행에 참여한 다른 우주비행사들은 실제 일상적으로 또 비상 상황에서 육분의와 기타 육안 관측 방법을 성공적으로 사용했다.

버즈 올드린은 1966년 제미니 12호 우주비행 중 레이더 문제로 인해 휴대용 육분의와 성도를 사용해야 했다. 그리고 하마터면 참사가 될 뻔했던 1970년 아폴로 13호 비행 당시, 짐 러벨은 지구의 위치를 시각적으로 활용해 마지막 귀환 길을 찾아낸 것으로 유명하다.

비상수단

홀트는 "오리온 우주선에서 광학 항법 시스템은 통신과 지구 기반 항법 지원이 끊길 경우 온보드 항법 기능을 제공하는 비상수단 역할을 한다"고 설명했다.

아르테미스 임무 동안 이 시스템은 대략 하루에 한 번씩 정기적으로 가동된다. 이를 통해 "시스템이 정상적으로 작동하고 있는지 확인하고 엔지니어링 설계팀을 위해 가치 있는 이미지와 성능 데이터를 수집할 수 있다"는 것이 그의 설명이다. 이는 또한 "지구 기반 추적의 항법 솔루션을 교차 검증하는 확인 작업"이기도 하다.

그러나 이 첨단 시스템이 고장날 경우 휴대용 육분의가 투입된다.

홀트는 지난 4월 달을 향해 떠난 아르테미스 2호 임무 당시 그가 시연했던 것과 같은 휴대용 비상 육분의가 발사 준비 과정에서 대기 상태로 유지됐다고 말했다. 만약 그 시점에서 첨단 시스템의 카메라에 문제가 생겼더라면 육분의가 마지막 순간에 탑승용으로 실렸을 것이다. 우주 비행에서는 "질량 하나하나가 중요하기 때문에" 이 장비는 필수 장비가 아니라서 오리온에 평소부터 짐으로 싣지는 않는다고 그는 부연했다.

따라서 발사 후 우주에서 치명적인 시스템 고장이 발생할 경우 우주비행사들은 그 휴대용 육분의를 기내에 소지하지 않게 된다. 하지만 그들은 다른 육안 관측 방법을 알도록 훈련받는다고 홀트는 말했다. 그중 하나는 자신의 위치를 가늠하는 대략적인 지표로서, 특정 별들이 지구나 달 뒤로 사라지는 시각을 포착하는 것이다.

홀트는 "원조 도구에 대한 익숙함이 NASA 엔지니어들에게도 유용하다"고 말했다.

첨단 시스템을 개발하는 팀들을 이끌 때 "그들 모두가 직접 나가서 육분의를 가지고 연습해 보게 한다. 그래야 이 모든 것의 근간이 되는 수학과 기하학 같은 기본기를 이해할 수 있기 때문"이라고 그는 강조했다.

소행성에 길을 묻다

현대 우주비행사들에게 도움을 주는 전통 항법 기술들은 이뿐만이 아니다. 예를 들어 "역사적으로 항해사들의 길잡이가 되어 준 밝고 쉽게 알아볼 수 있는 별과 별자리들은 우주에 있는 우주비행사들에게도 유용한 항법 지점이 된다"고 홀트는 말한다. 인간이 지구에 있든 우주선에 있든 육안으로 쉽게 발견하고 알아볼 수 있기 때문이다.

화성 임무의 경우 그러한 항법 지점에 소행성들이 포함될 수도 있다. 홀트는 "우리는 (우주비행사에게) 소행성이 제미니(쌍둥이자리)의 두 머리 별 사이에 위치할 것으로 예상되니 저쪽을 바라보고 그 두 별 사이에 있는 소행성을 찾아 측정한 뒤 그 값을 예상치와 비교하여 계산을 수행하라고 말할 것"이라고 했다. 측정값이 어긋날 경우 우주비행사들은 원하는 곳에 도달하기 위해 항로를 수정한다.

"내게 있어 이 직업의 매력 중 하나는 바다 위에서 이루어진 가장 원시적인 형태의 별 관측부터 화성 또는 그 이상의 먼 곳을 항해하려는 우리의 방식에 이르기까지 이 모든 기술들이 어떻게 서로 연결되어 있는지 살펴보는 데 있습니다."

가장 멀고 험준한 임무라 할지라도 여전히 동일한 근본적인 개념들을 담고 있다고 그는 설명한다. 별을 바라보고 별과 비교해 물체를 관찰하며 기하학적 관계를 이용해 우리의 위치를 파악하는 것이다.

"막대기를 쓰든, 육분의를 쓰든, 첨단 카메라를 쓰든 상관없이 이 많은 동일한 기술들이 서로 연결되어 있으며 공통된 유산과 수학적 기초를 공유하고 있다는 사실이 참 매력적입니다."