WIA-SPACE-008은 달을 지구에서 가장 가까운 자원 기지로 봅니다. 지구에서 달까지의 Delta-V는 약 6.0 km/s이고 이동에는 약 3일이 걸립니다. 화성처럼 약 26개월마다 오는 발사창을 기다릴 필요도 없어서, 출발 시점을 거의 제한 없이 고를 수 있습니다. 표준은 달에서 L1 지점까지의 Delta-V를 2.5 km/s, 이동 시간을 5일로 제시합니다. 달 자원을 궤도에서 쓰려면 이 경로를 거치게 됩니다.
달의 자원은 크게 다섯 가지입니다. 이 장은 이 다섯 가지를 차례로 다룹니다.
표준은 자원을 휘발성 물질(Volatiles), 금속(Metals), 구조 재료(Structural Materials)의 세 갈래로 나눕니다. 달 자원은 이 세 범주에 모두 걸쳐 있습니다. 물과 헬륨-3은 휘발성 물질이고, 희토류와 철·알루미늄 같은 기본 금속은 금속입니다. 표토와 규산염, 티타늄 화합물은 구조 재료입니다.
자원의 가치를 같은 기준으로 비교하려고 표준은 네 가지 품질 지표를 둡니다.
| 지표 | 단위 | 측정 방법 | 측정 주기 |
|---|---|---|---|
| 농도(Concentration) | wt%, ppm | XRF, 질량분석 | 시료마다 |
| 순도(Purity) | % | 화학 분석 | 정제 후 |
| 접근성(Accessibility) | m 깊이 | GPR, 시추 | 현장 조사 시 |
| 추출 가능성(Extractability) | % 회수율 | 파일럿 시험 | 채굴 전 |
매장량이 같아도 접근성과 추출 가능성이 낮으면 사업성은 떨어집니다. 그래서 이 네 지표를 하나의 틀로 묶어 두었습니다.
헬륨-3은 지구에서는 극히 드문 동위원소입니다. 달 표토에는 태양풍이 수십억 년 동안 쌓아 온 것으로 알려져 있습니다. 표준은 이를 핵융합로 연료로 분류하고, 달 표면 전체의 추정량을 약 110만 톤으로 기록합니다. 다만 이 값은 추정치입니다. 표토 속 농도가 매우 낮아서, 실제로 쓸 수 있는 양은 농도와 처리 비용으로 결정됩니다.
헬륨-3은 표토 입자 표면과 내부에 흡착되어 있습니다. 따라서 광석을 캐듯 한 곳에서 많이 얻는 방식은 통하지 않습니다. 넓은 면적의 표토를 연속적으로 굴착한 다음 가열해 기체를 분리하는 방식이 필요합니다. 표준의 굴착 장비 가운데 시간당 10~100톤을 처리하는 버킷휠 굴착기(bucket-wheel excavator)와 자율 로봇 스크레이퍼가 여기에 해당합니다.
이 경우 농도는 ppm 단위로 질량분석 같은 방법으로 시료마다 재야 합니다. 회수율은 파일럿 시험으로 확인해야 하며, 이 과정을 거치지 않은 추정 매장량은 투자 판단의 근거로 삼기 어렵습니다.
달 극지의 일부 분화구 바닥은 햇빛이 닿지 않는 영구 음영 지역(Permanently Shadowed Regions, PSR)입니다. 표준은 여기에 600만 톤이 아닌 6억 톤 이상의 물 얼음이 있다고 기록합니다. 2009년 LCROSS 충돌 관측에서 카베우스(Cabeus) 분화구의 분출물에서 물이 확인된 일이 이 추정의 배경입니다.
물은 용도가 두 가지입니다. 하나는 생명 유지용 물과 산소입니다. 다른 하나는 전기분해로 얻는 수소와 산소로 만드는 추진제(H₂, O₂)입니다. 표준이 거론하는 LOX/LH₂ 추진제를 달에서 만들 수 있다는 뜻입니다. 그러면 지구에서 올리는 질량을 줄일 수 있습니다.
PSR은 극저온이고 빛이 없어서 태양광 발전을 직접 쓸 수 없습니다. 시추 깊이는 접근성 지표의 단위인 m로 기록하며, GPR과 시추로 현장 조사를 합니다. 표준이 제시하는 타격식 시추(percussive drilling)는 타격과 회전을 함께 쓰고 깊이는 1~100 m입니다. 오거(auger) 시추는 깊이 1~5 m의 표토 채취에 쓰입니다. 얼음이 섞인 표토는 단단하게 얼어 있을 수 있어 장비 선택이 달라집니다.
채굴 현장은 자동화 수준과도 연결됩니다. 표준은 자율성을 Level 0(완전 원격조종)부터 Level 4(완전 채굴 자율)까지 다섯 단계로 정의합니다. 지구와 통신 지연이 있는 극지 분화구에서는 장애물 회피(Level 1)와 경유지 항법(Level 2)이 최소한의 기본 능력입니다.
Level 0: 완전 원격조종 (Full teleoperation)
Level 1: 장애물 회피
Level 2: 경유지 항법 (Waypoint navigation)
Level 3: 작업 단위 자율
Level 4: 완전 채굴 자율희토류 원소는 총 17종이며 표준은 Nd, Pr, Dy, Tb를 대표 원소로 듭니다. 달에서는 KREEP 지형에 모여 있습니다. KREEP은 칼륨(K), 희토류(REE), 인(P)이 풍부한 물질을 가리킵니다. 표준은 희토류를 지구 수출 후보(Earth export)로 분류합니다.
티타늄은 바다 지역에서 최대 10% 농도로 나타나며 고강도 합금의 원료가 됩니다. 달에서는 티타늄이 주로 일메나이트(FeTiO₃)라는 철-티타늄 산화물에 들어 있습니다. 표준의 화학 공정 중 수소 환원이 같은 계열의 산화철에 쓰입니다.
Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O (700°C, 수소 환원)이 반응은 철을 얻으면서 물도 함께 만든다는 점이 중요합니다. 물을 다시 전기분해하면 수소는 순환 사용할 수 있습니다. 일메나이트에서도 비슷한 환원이 가능하다고 알려져 있습니다.
표준은 산소가 달 표토 질량의 40~45%를 차지한다고 기록합니다. 다만 이 산소는 기체 상태가 아니라 규산염과 산화물 속에 결합되어 있어서, 분해해야 얻을 수 있습니다. 물 얼음이 닿지 않는 저위도 지역에서도 산소를 얻을 수 있다는 점이 이 방식의 장점입니다. 표토는 어디에나 있기 때문입니다.
표준이 제시하는 핵심 방법은 용융 표토 전기분해(Molten Regolith Electrolysis, MRE)입니다. 표토를 녹여 전기분해하면 산소와 금속을 함께 얻을 수 있습니다. 부산물로 나오는 철과 알루미늄 같은 금속은 구조재로 쓸 수 있습니다. 열원이 필요한 공정에는 태양로(solar furnace)를 쓸 수 있습니다. 표준은 햇빛을 모아 3,500°C까지 올리는 방식을 예로 듭니다.
표토 처리에는 달 특유의 위험이 따릅니다. 달 먼지는 날카롭고 마모성이 강하며 정전기를 띠어 기계 부품에 달라붙습니다. 또 달 낮과 밤이 각각 약 2주씩 이어지므로 야간 전력도 설계에 넣어야 합니다. 이런 이유로 산소 생산 설비는 파일럿 시험에서 회수율을 먼저 확인해야 합니다.
표준은 표토를 3D 프린팅 재료와 방사선 차폐재로 분류합니다. 규산염은 유리, 태양전지, 콘크리트 원료이고, 철·니켈·코발트·구리·알루미늄은 기본 금속(Base Metals)입니다. 이들은 달 현지에서 건설과 제조에 쓰는 것이 목적이라, 지구로 가져가는 희토류와는 사용처가 다릅니다. 현지 조달이 중요한 이유는 지구에서 올리는 질량이 곧 비용이기 때문입니다.
건설용 자원은 순도 요구가 상대적으로 낮습니다. 반면 반도체 등에 쓰는 재료는 구역 정제(zone refining)로 99.999% 순도를 목표로 합니다. 같은 자원이라도 용도에 따라 품질 지표의 기준이 달라집니다.
달 자원 사업은 대체로 다음 순서로 진행됩니다. 먼저 현장 조사로 접근성과 농도를 측정하고, 이어서 파일럿 시험으로 회수율을 검증합니다. 그다음 물과 산소처럼 현지에서 바로 쓰는 자원의 생산을 시작하고, 마지막으로 수출용 자원으로 넓혀 갑니다. 표준의 품질 지표 표가 정한 측정 시점(현장 조사 시, 채굴 전, 시료마다, 정제 후)이 이 순서와 맞물립니다.
법적 전제도 있습니다. 표준은 1967년 우주조약(Outer Space Treaty), 2020년 아르테미스 협정(Artemis Accords), 2015년 미국 SPACE Act, 2017년 룩셈부르크 법을 준수 대상으로 듭니다. 안전구역(safety zones)과 환경 보호, 등록도 함께 다룹니다. 채굴 지점이 넓지 않고 접근 가능한 지점은 한정되어 있으므로, 안전구역의 운영은 달 채굴에서 특히 현실적인 쟁점입니다.
이 장은 달의 다섯 가지 자원(헬륨-3, 물 얼음, 산소, 티타늄, 희토류)을 표준의 분류와 품질 지표, 채굴·정제 기술에 비추어 살펴보았습니다. 핵심은 달이 가장 가까운 기지이며, 물과 산소는 현지 사용용, 희토류는 수출용이라는 구분입니다. 추정 매장량은 농도, 접근성, 회수율이라는 측정 가능한 지표로 확인해야 사업 근거가 됩니다. 이 데이터를 주고받을 때 표준은 Producer, Consumer 같은 역할을 구분하고, 잘못된 입력에는 E_INPUT_MALFORMED처럼 정해진 오류 코드로 응답하며, 상태를 바꾸는 모든 작업을 감사 기록으로 남기게 합니다.
다음 장은 소행성 채굴입니다. 소행성은 중력이 거의 없어 앵커 시추와 광학 채굴이 필요하고, C형·S형·M형 유형에 따라 얻는 자원이 달라집니다. 이 장에서 쓴 농도·순도·회수율 지표를 그대로 가져가되, 환경이 달과 크게 다릅니다.