"소행성 충돌 대응, 내부 핵폭발이 효과적"…中 연구진

중국 연구진이 지구를 향해 접근하는 소행성 충돌 위협에 대응하기 위한 독특한 방안을 제안해 주목받고 있다고 우주과학매체 스페이스닷컴이 최근 보도했다.

국제 학술지 '스페이스: 사이언스 앤드 테크놀로지(Space: Science & Technology)'에 발표된 이번 연구는 직경 약 100m 이상의 소행성이 충돌 궤도에 진입한 상황을 가정했을 때 단순 폭파나 궤도를 변경하는 기존 방식만으는 현실적인 대응이 어려울 수 있다고 지적했다.

연구진은 "운동 에너지 충격이나 장기간에 걸쳐 힘을 가해 소행성의 궤도를 바꾸는 기존 방식은 전달할 수 있는 에너지가 제한적이어서 짧은 시간 안에 충분한 궤도 변경 효과를 얻기 어렵다"며 "단기간 내 소행성의 궤도를 수정할 수 있는 방법에 대한 종합적인 연구는 지금까지 거의 이뤄지지 않았다"고 밝혔다. 미국 항공우주국(NASA)이 지난 2022년 DART 임무를 통해 소행성 위성의 궤도를 성공적으로 변경한 사례가 있지만, 이는 우주 공간에서 수행된 특수한 실험이었다는 연구진의 설명이다.

중국발사체기술연구원(CALT)의 샤오웨이 왕 연구팀은 대형 소행성 충돌에 대비한 두 가지 핵폭발 기반 대응 방안을 제안했다.

첫 번째는 비교적 단순한 방식인 '충돌 폭발(impact detonation)'이다. 우주선을 소행성 표면에 충돌시켜 얕은 크레이터를 만든 뒤 그 안에서 핵폭탄을 폭발시키는 방식이다. 두 번째는 '사전 굴착 후 폭발(pre-excavation detonation)'이다. 관통 장치를 이용해 소행성 내부에 더 깊은 크레이터를 만든 뒤 핵탄두를 내부에서 폭발시켜 훨씬 큰 충격을 전달하는 방식이다.

연구진은 두 방식을 비교하기 위해 발사체 에너지와 충돌 우주선의 속도, 소행성의 속도 변화 등을 컴퓨터 모델에 반영했다. 또 경고 시간이 1년부터 20년까지인 다양한 시나리오와 '가상 위협 소행성 데이터베이스'를 활용해 성능을 검증했다.

분석 결과 충분한 대응 시간이 확보될 경우에는 깊은 크레이터를 만든 뒤 내부에서 폭발시키는 방식이 더 효과적인 것으로 나타났다. 연구진은 "사전 굴착 후 폭발 방식은 자율적으로 최적의 크레이터 위치를 선정해 심층 폭발을 유도할 수 있어 에너지 전달 효율이 훨씬 높다"고 설명했다.

연구에 따르면 이 방식은 직경 100m 규모 소행성을 파괴할 수 있으며, 1km 크기 소행성도 60일 동안 초속 1m 정도 속도 변화를 유도해 충돌 경로에서 벗어나게 할 가능성이 있는 것으로 분석됐다.

반면 얕은 크레이터를 이용한 충돌 폭발 방식은 더 빠르게 임무를 시작할 수 있다는 장점이 있지만, 충돌 위치를 정밀하게 제어하기 어렵고 에너지 전달 효율도 낮은 것으로 평가됐다. 연구진은 "충돌 위치가 무작위적이며 에너지 결합 효율이 낮고, 핵 장치가 충돌을 견딜 수 있어야 하는 것은 물론 폭발 시점도 매우 정밀하게 제어해야 한다"고 설명했다.