[정보] 한국 최초의 달 탐사선은 무엇일까? 다누리호 발사일, 우리나라는 몇번째 달탐사국?

미국은 1969년 인류 최초 아폴로 11호 달 착륙 이후, 다시 유인 달 착륙 프로그램인 아르테미스(Artemis) 프로그램을 추진하고 있다. 유럽, 중국, 일본, 인도 등 우주 선진국들은 물론 최근에는 혁신과 도전, 새로운 기회로 상징되는 뉴스페이스(New Space) 시대에 민간 스타트업까지도 달탐사 등 우주탐사에 참여하고 있다. 우주 선진국은 과거 달 탐사와는 다르게 달을 미개발된 무한한 잠재력의 영역으로 인식하고, 달 탐사를 통한 우주개발 주도권을 확보해 가고 있다. 우주 선진국은 발전된 우주기술을 토대로 우주개발 영역을 지구 중심에서 달과 화성으로 옮겨가고 있으며, 우주탐사를 통해서 더욱 진보된 우주기술을 확보가고 있다. 미국은 우주탐사를 통해 궁극적으로 우주개발 선도국으로서의 지위를 지속화하고 미국의 과학, 안보 및 경제 분야 이익을 추구하고 있다. 일본, 중국, 인도 등 우리의 주변국도 달, 혜성과 화성 탐사를 활발하게 진행하고 있다. 달 탐사를 통해서 달까지의 비행 및 제어기술, 달 궤도 진입기술, 착륙 기술, 샘플 채취 및 지구 귀환 기술, 극한 우주환경에서의 달 탐사로버, 원자력전지, 우주인터넷 등 첨단 우주기술 개발과 우주산업화 촉진, 새로운 일자리 창출까지 기대하고 있다.

1. 세계가 달에 주목하는 이유

달의 부존자원 확보와 화성 등 심우주 탐사를 위한 중간 기착지로 활용 가능성도 있기 때문이다. 그동안 유인 및 무인 탐사를 통해 달에는 물과 헬륨3(He3), 우라늄, 희토류 등의 희귀자원이 있는 것으로 확인됐다. 현재까지 무인달착륙에 성공한 국가는 미국, (구)소련, 중국 뿐이며, 달 궤도선 탐사에 성공한 국가는 미국과 (구)소련을 포함해 일본, 유럽, 중국, 인도 6개국으로 우주탐사를 시작하지 않으면 다른 나라와의 우주개발 경쟁에 크게 뒤쳐질 수 있다. 우리나라는 세계에서 7번째 달 탐사국이 되었습니다.

2. 한국 최초의 달 탐사선 다누리호

2022년 미국 플로리다 케이프커내버럴 우주발사장에서 한국 달궤도선 ‘다누리’를 실은 미국 민간우주기업 스페이스X의 ‘팰콘9’ 우주발사체가 굉음과 엄청난 화염을 내뿜으며 우주를 향했다. 한국항공우주연구원은 우주탐사 기술 확보 및 검증을 위한 국제협력 기반의 첫 달탐사선인 다누리 (KPLO, Korea Pathfinder Lunar Orbiter)를 2022년 8월 5일 발사했다.

다누리호 발사장소

팰콘9은 발사 후 약 40분이 지난 뒤 고도 250km에서 다누리를 성공적으로 분리했다. 이후 다누리는 팰콘9와 분리되면서 얻은 추진력으로 ‘탄도형 달 전이(BLT) 방식’ 궤적에 진입했다. 곧바로 태양전지판을 펼치고, 지상국과 S-밴드를 통한 최초 교신과 초기 점검을 성공적으로 마쳤다. 발사 하루 뒤인 6일에는 보다 많은 용량의 데이터를 빠르게 주고받을 수 있는 ‘고이득 안테나’를 지구 쪽으로 조정한 뒤 X-밴드 통신도 성공했다. 

1969년 7월 인류를 최초로 달로 보냈던 아폴로11호는 직접전이 방식을 이용해 달 궤도 진입에 사흘 가량 걸렸다. 그렇지만 다누리는 탄도형 달 전이 ‘BLT’ 방식을 선택했다. 다누리는 소형차와 비슷한 크기로 가로, 세로, 높이가 각각 1.82m, 2.14m, 2.19m이며 무게 678kg으로 국내외에서 개발한 6종의 탑재체가 실렸다. 국내에서 개발한 고해상도 카메라(한국항공우주연구원), 광시야 편광카메라(한국천문연구원), 자기장측정기(경희대학교), 감마선분광기(한국지질자원연구원), 우주인터넷 탑재체(한국전자통신연구원) 5종과 미국항공우주국(NASA)에서 개발한 섀도캠(ShadowCam)이다. 초기에 설정한 다누리의 무게는 550kg이었다.

다누리호 이동 궤적

그렇지만 탑재체 개발 과정에서 목표 중량을 맞출 수 없다는 지적이 나오면서, 2019년 9월 다누리 무게를 현재와 같이 678kg으로 상향 조정했다. 무게가 늘어났기 때문에 연료 소모를 아끼고 달 궤도에 안정적으로 진입하기 위해 비행 방식도 BTL로 변경했다. 지구와 달까지 거리인 38만 4000km의 4배에 달하는 최대 156만km를 비행해 약 4.5개월 뒤인 12월 말에 달 궤도에 안착하게 된다. 직접 달로 향하는 방식에 비해 이동 거리와 시간은 늘어나지만 연료 소모량은 약 25% 정도 줄일 수 있게 된 것이다. 대신 거리가 멀어지면서 지상국과 탐사선 사이에 통신은 쉽지 않게 된다. 거리에 따라 통신 속도나 통신량은 정확히 반비례하기 때문이다. 다누리가 임무 궤도에 안착하게 되면 2023년 1월 한 달 동안은 탑재체들이 제대로 작동하는지 초기 점검과 기능 시험을 진행한다. 특히 고해상도카메라, 섀도캠, 광시야 편광카메라의 영상 품질을 최상으로 유지하기 위해 위성 영상의 오차와 왜곡현상을 조정하는 검·보정 작업도 이때 이뤄진다.

3. 다누리호 임무와 역할

다누리호는 2022년 12월 31일 임무 궤도인 달 상공 100km에 안착 후 여러 과학임무를 1년 동안 수행하게 된다. 임무 기간은 1년이지만 연료에 여유가 있는 경우는 운영 연장도 가능하다. 이를 위해 임무 종료 예정 6개월 전인 내년 7월에 연장 여부와 함께 임무 종료 방안에 대해 최종 결정한다. 달 표면에 충돌시켜 임무를 끝내게 하는 대신 충돌 직전까지 영상을 확보하는 방안과 ‘달 동결궤도’(Frozen Orbit)로 전환하는 방안이 고려된다. 달 궤도선이 임무 궤도를 규칙적으로 돌기 위해서는 주기적으로 궤도 유지를 위한 기동이 필요하다. 이렇듯 연료를 많이 사용하는 유지기동 없이 고도를 일정하게 유지할 수 있는 궤도가 동결궤도이다. 실제로 미국항공우주국(NASA)에서 2009년에 발사한 달정찰궤도선(LRO)은 목표 임무기간인 3년이 지난 뒤 동결궤도에 진입해 현재까지 운용되고 있다.

다누리호

다누리 발사 이후 한국은 2031년에 1.5ton급 이상 무인 달 착륙선을 발사해 자원탐사와 현지 자원 활용 같은 다양한 과학임무를 수행할 계획이다. 다누리는 외국 발사체를 사용해 쏘아 올렸지만 한국 달 탐사선은 우리 손으로 개발한 ‘차세대 발사체’(KSLV-Ⅲ)를 이용해 나로우주센터에서 자력 발사하겠다는 계획이다. 4개월 뒤 다누리가 달 궤도에 성공적으로 진입하고 임무를 시작한다면 한국도 달을 넘어 화성과 심우주를 향한 탐험의 큰 발걸음을 내디딜 수 있을 것이다.

3. 한국의 달탐사 미래

우리나라도 그동안 확보한 우주기술 역량을 바탕으로 우주탐사 계획을 추진하고 있다. 한국항공우주연구원은 우주탐사 기술 확보 및 검증을 위한 국제협력 기반의 첫 달탐사선인 다누리(KPLO, Korea Pathfinder Lunar Orbiter)를 2022년 8월 5일 발사했고, 12월 26일 달 임무궤도(달 상공 100km 원궤도) 진입에 성공했다. 이후 1년동안의 정상 임무와 1년동안의 연장임무를 성공적으로 수행한 다누리는 2025년 2월 19일에 달 고도 60km의 달 저궤도에 진입하였으며, 달 표면을 더 가까이에서 관측하며 임무를 수행 중이다. 다누리는 우수한 관측결과와 연료량의 여유를 고려해 임무운영기간을 당초 2023년 말에서 2027년 말까지로 4년 연장했다. 향후 우리나라는 누리호 후속 발사체인 차세대발사체를 개발해 2032년까지 달 착륙선을 실어 보낼 계획이다.