문제는 지구를 벗어나는 순간 방사선을 막아주던 대기와 자기장이 사라진다는 。이다. 그중에서도 언제 터질지 길어야 몇 시간 전에야 알 수 있는 태양 폭풍이 골칫거리다. 1989년 10월에 있었던 규모의 태양 폭풍을 한 번 맞으면 우주비행사가 평생 받을 수 있는 방사선의 36.5%가 한꺼번에 날아간다.
2022년 달을 돌고 온 아르테미스 1호에는 조끼를 입은 마네킹과 그렇지 않은 마네킹을 같이 실어 보냈다. 만약 비행 중에 태양 폭풍이 터졌다면, 조끼를 안 입은 쪽은 골수의 97.9%가 손상돼 죽었을 것으로 계산됐다. 사람은 신체 전체에 골수 2.5%는 남아 있어야 생존할 수 있다. 조끼를 입은 쪽은 5.5%가 남았다.
최근 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 제12권 제33호에 미국 스템라드의 조던 후리 박사와 오렌 밀스타인 박사 연구팀은 이 같은 내용을 담은 연구 결과를 발표했다. 독일항공우주센터(DLR)와 이스라엘우주국(ISA), 미 항공우주국(NASA)이 함께 참여했다.
방사선 입자가 우주선 벽을 뚫고 마네킹에 닿는 경로를 계산한 그림. [국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 제12권 제33호]
우주 방사선 탓에 골수가 죽는다
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방사선을 한꺼번에 많이 쬐면 몸에서 가장 먼저 무너지는 곳이 골수다. 뼈 내부에 존재하는 그물형 조직인 골수는 피를 만드는 역할을 한다.
골수는 전체의 2.5%만 남아도 다시 자라나 회복할 가능성이 있다. 백혈병 환자의 경우 온몸에 방사선을 쬔 뒤 골수를 이식할 때도 이 원리를 쓴다.
연구팀은 1989년 10월 실제로 일어났던 태양 폭풍을 기준으로 방사선의 세기를 키워 계산했다. 조끼 없는 우주비행사의 골수는 6㏉(방사선에 노출됐을 때 우리 몸이나 물질에 얼마나 많은 방사선 에너지가 흡수됐는지를 나타내는 단위)를 받는 수준이다. 6㏉는 전신에 한꺼번에 피폭될 경우 생명을 위협할 수 있는 매우 높은 수준으로 심각한 방사선 피폭에 해당한다.
대형 태양 폭풍이 닥쳤을 때 몸속에 방사선이 퍼지는 모습. 오른쪽은 조끼를 입은 마네킹. 붉은색일수록 방사선을 많이 받은 부위다. 조끼를 입은 쪽은 몸통 안쪽이 푸르게 남아 있다. [국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 제12권 제33호
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연구팀이 같은 조건에서 마네킹에 조끼를 입히고 방사선 테스트를 하자 94.5%의 골수가 손상됐지만 임상에서 목표로 삼는 5%를 넘은 5.5%까지 남았다.
몇 시간 전에야 알 수 있다.
태양은 예측 불가능하게 이따금 폭발해 양성자를 쏟아낸다. 이때 발생하는 방사선량은 몇 시간에서 며칠 사이 평소의 1만~10만 배까지 치솟는다.
지구에서는 대기와 자기장이 태양 폭풍을 막아주지만 우주에서는 우주선 외벽을 두껍게 만드는 방법밖에 없어 무게 탓에 발사가 어려워진다.
그래서 나온 발상이 방사선에 약한 장기 주변만 감싸는 조끼다. 재료는 물통이나 도마에 쓰는 플라스틱과 같은 계열로 무게 대비 양성자를 잘 막는다고 알려졌다. 무게는 26㎏이다.
우주에 머물 수 있는 날이 늘어난다
NASA는 우주비행사가 평생 받을 수 있는 방사선을 600mSv로 정해뒀다.
조끼 없이 1989년에 발생한 태양 폭풍을 한 번 맞으면 평생 받을 수 있는 방사선량의 36.5%가 한 번에 날아간다. 조끼를 입으면 23.0%다.
평소 은하에서 오는 방사선까지 함께 계산하면, 조끼 하나로 우주에 머물 수 있는 기간이 40일~193일까지 늘어난다. 폭이 넓은 것은 태양 활동이 왕성한 시기와 잠잠한 시기의 평소 방사선량이 세 배 넘게 차이 나기 때문이다.
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마네킹 몸속에 방사선이 퍼진 모습. 왼쪽은 조끼를 입지 않은 마네킹, 오른쪽은 조끼를 입은 마네킹. 붉은색일수록 방사선을 많이 받은 부위다. [국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 제12권 제33호]
연구팀은 우주 방사선 조끼가 앞으로 나올 우주선에서 더 쓸모가 있을 것으로 봤다. 스페이스X 스타십처럼 내부가 넓은 우주선이나 부풀려 쓰는 거주 모듈은 벽이 얇아 방사선이 더 들어온다.
다만 조끼 하나로 우주 방사선 문제가 해결되는 것은 아니다. 우주에는 태양에서 오는 방사선 말고 은하에서 오는 방사선이 따로 있다. 조끼는 방사선 폭풍이 닥쳤을 때만 입는 비상 수단일 뿐 화성까지 오가는 내내 쌓이는 방사선은 그대로 받는다.
연구팀은 실제 태양 폭풍이 없어 결과는 전부 계산으로 추정한 값이라고 한계도 밝혔다.
저자 22명 중 4명이 이 조끼를 만드는 스템라드 소속이다. 교신저자인 밀스타인 박사는 이 회사 공동창업자이자 최고경영자이며 조끼 설계 관련 미국 특허 2건을 갖고 있다.
참고논문
논문 정보 : Jordan M. Houri et al. ,First evaluation of wearable radiation protection for human deep space exploration, as flown on Artemis I.Sci. Adv.12,eadz1892(2026).
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