아르테미스 2호 우주비행사는 열흘 동안 방사선을 얼마나 받았을까 — 달 왕복·화성 왕복의 방사선 계산

2026년 4월 6일(미국 동부시간), 오리온 우주선이 지구에서 406,771km 떨어진 지점을 지났습니다. 아폴로 13호(1970년) 이후 56년 만에 인류가 가장 멀리 나간 순간이었고, 안에는 리드 와이즈먼(선장)·빅터 글로버(조종사)·크리스티나 코크·캐나다의 제러미 핸슨 네 사람이 있었습니다. 4월 1일 발사해 4월 10일 샌디에이고 앞바다에 내려앉기까지 9일 1시간 32분 — 지구 자기장이라는 우산 밖에 나가 있던 시간입니다. NASA는 2월 말 계획을 바꿔 스페이스X 스타십·블루오리진 블루문 착륙선과의 도킹을 2027년 아르테미스 3호로 지구 저궤도에서 먼저 시험하고, 실제 달 착륙은 2028년 4호로 미뤘습니다. 다음 승무원들은 더 오래 나가 있게 됩니다. 그러니 질문 — 우주에 열흘 있으면 방사선을 얼마나 받나? 방사선 일을 하는 사람이 숫자로 따라가 보겠습니다.

지구 밖은 왜 다른가: 우산 하나와 벨트

지상의 우리는 대기와 지구 자기장, 두 겹 방패 아래 삽니다. 비행기 고도에서는 대기 방패가 얇아져 선량률이 지상의 수십 배로 오르는데(우주방사선 글), 오리온은 그 위로 자기장 방패까지 벗어납니다. 이때 받는 방사선은 세 갈래입니다.

• 밴앨런대(방사선 벨트): 지구 자기장이 붙잡아 둔 고에너지 양성자·전자 띠. 나갈 때와 들어올 때 한 번씩 통과하며 몇 시간 동안 선량률이 급격히 오릅니다.
• 은하우주선(GCR): 은하 곳곳에서 날아오는 매우 높은 에너지의 입자. 세기는 약하지만 24시간 쉬지 않고, 무겁고 빨라 차폐로 막기가 가장 어렵습니다. 심우주 체류 선량의 주범입니다.
• 태양입자 이벤트(SPE): 태양 폭발로 양성자가 한꺼번에 쏟아지는 경우. 평소엔 없지만 큰 사건 한 번이 몇 달치 선량을 넘길 수 있어, 우주비행에서 유일하게 ‘대피’가 필요한 방사선입니다.

실측 1: 마네킹 두 개가 먼저 다녀왔다

사람이 타기 전, 2022년 11월 아르테미스 1호 오리온에는 여성 인체 모형 마네킹 ‘헬가’와 ‘조하르’가 실렸습니다. 몸속 3cm 간격으로 검출기 5,600여 개를 심어 25.5일 동안 달 궤도를 돌고 왔고, 결과는 2024년 9월 『네이처』에 실렸습니다.

• 25.5일 동안 오리온 내부의 총 선량은 위치에 따라 26.7~35.4mSv. 대부분이 은하우주선이고, 밴앨런대 통과분은 1.8~3.9mSv(7~15%)에 그쳤습니다.
• 심우주 순항 중 선량률은 하루 0.96~1.24mSv. 큐리오시티 화성 순항(하루 1.58mSv)이나 달 궤도선 LRO(하루 1.55mSv)가 잰 값보다 약 30% 낮아, 오리온의 두꺼운 차폐가 은하우주선을 그만큼은 덜어 준다는 뜻입니다. 다만 차폐 질량을 80% 늘려 얻은 감소가 30%에 그친다는 점이 ‘은하우주선은 막기 어렵다’는 말의 실체입니다.
• 밴앨런대 통과 때 가장 잘 가려진 자리(분당 69μGy)와 가장 노출된 자리(분당 240~287μGy)의 선량률이 4배 차이 났고, 엔진 분사 중 우주선을 90도 돌리자 두꺼운 쪽이 입자를 막아 선량률이 절반으로 떨어졌습니다. 조하르가 입은 방호 조끼의 효과는 2026년 8월 『사이언스 어드밴시스』에 따로 실렸는데, 벨트 통과 실측을 바탕으로 1972년·1989년급 태양 폭풍을 계산하면 선량을 40~60% 줄이는 것으로 추정됐습니다(1호 비행 중 실제 태양 폭풍은 없었습니다).

실측 2에서 계산으로: 아르테미스 2호 승무원의 열흘

아르테미스 2호 승무원의 선량은 캐빈의 센서 6개(HERA)와 몸에 붙인 능동 선량계로 기록됐지만, 이 글을 쓰는 2026년 9월 기준 NASA의 공식 선량 발표나 논문은 확인되지 않았습니다. 그래서 1호 실측값으로 계산해 보면, 은하우주선 하루 1.0~1.2mSv × 9일에 밴앨런대 왕복 2~4mSv를 더하면 대략 10~15mSv, 넉넉히 잡아 20mSv 안팎입니다. NASA가 비행 전에 밝힌 예상(“태양 이벤트가 없다면 ISS 한 달 체류와 비슷하고 생애 한도의 약 5%”, 즉 20~30mSv 선)보다 조금 낮은 쪽이지만 같은 자릿수이고, 실제로 임무 중 대피가 필요한 태양 이벤트는 없었습니다.

흉부 CT 1~3회 분량이자 한국인이 3~7년에 걸쳐 받는 자연방사선을 열흘에 받은 셈입니다. 원자력 종사자 5년 한도(100mSv)의 10~20%로, 발암 위험 증가가 개별 연구로 확인하기 어려운 크기인 ‘관리되는 직업 피폭’ 범위입니다. 참고로 1968~72년 아폴로 승무원의 피부 흡수선량은 임무당 0.16~1.14rad(약 1.6~11.4mGy)였고, 가장 높았던 14호는 궤도가 밴앨런대 한가운데를 지났기 때문이었습니다.

사다리 위쪽: ISS 6개월과 화성 왕복

ISS에서 6개월을 지내면 태양 활동이 활발한 시기엔 약 80mSv, 잠잠한 시기엔 약 160mSv를 받습니다(태양풍이 은하우주선을 밀어내므로 태양이 활발할수록 줄어듭니다). 달 왕복 열흘의 대략 5~15배, 가운데 값으로 8배 안팎입니다.

화성은 자릿수가 다릅니다. 2011~12년 큐리오시티 탐사차가 화성으로 가는 253일 동안 캡슐 안에서 잰 선량률은 하루 1.8mSv, 이를 왕복 이동 기간(약 1년)에 적용하면 약 0.66Sv, 즉 660mSv(2013년 『사이언스』, Zeitlin 외)입니다. 표면 체류분은 별도입니다. NASA가 2021년 미국 국립과학원 권고를 받아 2022년 개정한 기준(NASA-STD-3001)에서 우주비행사 생애 한도를 나이·성별 구분 없이 600mSv(평생 암 사망 위험 증가 3%포인트 이내)로 정했는데, 화성 왕복 한 번이 이 한도를 넘깁니다. 화성행이 ‘방사선 문제’라 불리는 건 이 산수 때문입니다.

차폐의 과학: 두꺼운 게 아니라 가벼운 게 답

납은 정답이 아닙니다. 은하우주선의 무거운 입자가 납 같은 무거운 원자핵에 부딪히면 2차 입자가 튀어나와 뒤쪽 선량이 오히려 늘 수 있어, 우주 차폐는 수소가 많은 가벼운 물질 — 물, 폴리에틸렌, 식량과 짐 — 이 유리합니다. 아르테미스 2호 승무원이 훈련한 태양 폭풍 대피법도 그렇습니다. 경보가 오면 한 시간 안에 수납함의 짐 가방을 꺼내 캐빈 벽에 묶어 임시 대피소를 만들고 필요하면 24시간까지 머뭅니다. 대형 태양 이벤트에서도 승무원 선량을 150mSv 아래로 묶는 것이 NASA의 설계 목표이고, 1호가 확인한 ‘90도 회전 → 절반’처럼 우주선을 돌려 두꺼운 면을 입자 쪽으로 두는 것도 전략입니다.

핵심 정리

• 아르테미스 2호 승무원의 열흘 선량은 1호 실측 기준 대략 10~15mSv, 넉넉히 20mSv 안팎 — 흉부 CT 1~3회, 종사자 5년 한도의 10~20% 수준의 관리 가능한 직업 피폭이다.
• ISS 6개월 80~160mSv, 화성 왕복 이동만 약 660mSv — NASA 생애 한도 600mSv를 넘기는 것은 화성뿐이다.
• 차폐는 납이 아니라 물·폴리에틸렌·짐 같은 가벼운 물질과 우주선 자세로, 태양 폭풍 때는 짐 가방 대피소로 대응한다.

건강 안내 — 이 글은 방사선 방호 관점의 일반 정보이며 진단·치료를 대신하지 않습니다. 건강에 관한 결정은 담당 의료진과 상담하세요.

참고 자료: NASA Artemis II 임무 블로그(2026.4), NASA Science 「To Protect Artemis II Astronauts, NASA Experts Keep Eyes on Sun」(2026.3), George 외 「Space radiation measurements during the Artemis I lunar mission」 Nature(2024), DLR MARE 실험 보도자료(2024), Houri 외 「First evaluation of wearable radiation protection…」 Science Advances(2026.8), NOAA NESDIS 「Artemis II Returns」(2026.4), Zeitlin 외 「Measurements of Energetic Particle Radiation in Transit to Mars」 Science(2013), NASA-STD-3001 및 미국 국립과학원 「Space Radiation and Astronaut Health」(2021), NASA SP-368 「Biomedical Results of Apollo」, 벨기에 왕립천문대 SIDC 우주방사선 자료