달 탐사선 테스트서 방사선 차단 조끼, 우주인 피폭 60% 감소

NASA의 무인 아르테미스 1호 임무로 달까지 다녀온 방사선 차단 조끼가 태양 폭풍 발생 시 우주인의 피폭량을 최대 60%까지 줄일 수 있다는 연구 결과가 2026년 8월 13일 '사이언스 어드밴시스'에 게재됐다. 이스라엘-미국 합작 스타트업 스템래드(StemRad)가 록히드 마틴과 공동 개발한 아스트로래드(AstroRad) 조끼는 오리온 우주선의 두꺼운 차폐 시설과 비슷한 성능을 보였지만, 승무원을 좁은 공간에 가두지 않는다.

1972년 8월 아폴로 16호와 17호 사이에 발생한 사건과 같은 태양 폭풍은 암 위험을 높이거나 방사선 질환을 일으킬 만큼 강한 양성자 폭발을 일으킬 수 있다. 지구 대기와 자기장은 이 방사선을 흡수하지만, 달이나 화성으로 향하는 승무원은 그런 보호를 받지 못하며, 지금까지 만들어진 어떤 우주선도 이를 막을 충분한 차폐를 갖추지 못했다. 이 조끼는 우주선 전체가 아닌 우주인을 보호하는 데 초점을 맞춰 골수, 유방, 위, 결장, 생식기 등 방사선에 민감한 조직을 보호한다.

조끼 설계에는 물보다 질량 대비 수소 함량이 높은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 사용해 효과적인 차폐를 구현했다. 유연성을 유지하기 위해 엔지니어들은 HDPE를 수천 개의 육각형 막대(길이 9~60mm)로 분할하고 탄성 직물 층 사이에 끼웠다. 막대 길이는 하전 입자가 물질에서 에너지를 잃는 방식을 설명하는 베테-블로흐 공식으로 계산했다. 아르테미스 1호에서 조끼 무게는 26kg으로, 중세 판금 갑옷 한 벌과 거의 같았다.

아르테미스 1호는 무인 비행이었기 때문에 조끼는 '조하르'라는 이름의 인체 모형이 착용했고, 동일한 모형 '헬가'는 보호 장비 없이 비행했다. 두 모형에는 수천 개의 선량계가 장착됐다. 비행 중 태양 폭풍이 발생하지 않아 대부분의 방사선은 지구 내부 반 알렌 벨트에서 발생했다. 연구팀은 이 벨트 통과를 대리 지표로 사용해 선량계 측정값과 5% 이내로 일치하는 몬테카를로 시뮬레이션을 구축했다. 이후 두 역사적 폭풍을 모델링한 결과, 조끼는 1972년 8월 사건에서 유효 선량을 약 60% 줄였고, 더 에너지가 강한 1989년 10월 폭풍에서는 약 40% 줄였다.

단 한 번의 주요 폭풍 동안 조끼를 착용하면 NASA의 평생 선량 한도(600밀리시버트) 대비 우주인의 활동 기간을 약 40~193일 연장할 수 있으며, 이는 오리온의 대피소와 비슷하지만 이동성을 제공한다. 조끼는 더 높은 에너지로 지속적으로 도달하는 은하 우주선에는 거의 효과가 없다. 스템래드는 아르테미스 1호 데이터를 바탕으로 조끼 무게를 26kg에서 16kg으로 줄였으며, 폭풍 최고조 시 며칠 동안 착용할 수 있는 더 가벼운 버전을 목표로 하고 있다. 이 연구는 http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.adz1892에서 확인할 수 있다.