한국형 달 탐사선
[image]
1. 개요
2022년 8월~9월 초에 스페이스X의 팰컨9을 사용해 달 궤도선을 발사하고, 이후 2030년에 한국형발사체를 사용해 무인 달 착륙선이 발사될 예정이다.
'KARI는 만약 한국형발사체로 안될 경우 미국로켓을 쓰겠다고 발표했다'라고 적혀 있지만 시험용 달 궤도선은 해외 발사체, 달 궤도선 및 달 착륙선은 한국형 발사체(KSLV-2)를 사용할 예정이며, KSLV-2가 준비가 안 될 경우, 전체적인 달 탐사 임무가 지연될 가능성이 더 크다. 애초에, 해외 발사체로 달에 갈 경우, 돈만 낭비하고 자체적인 발사체 개발에 게을리 한다는 국민적인 의견에 따라 국가 예산 투입에 대한 지지를 받지 못할 가능성이 크다. 따라서 발사체 개발이 지연될 경우에는 위성체를 다 만들었을지라도 국산 발사체 개발을 기다릴 가능성이 훨씬 크며, 예산 투입의 양 또한 위성체:발사체의 비율이 1:1인 상황이다.
우주개발 중장기 계획에 따라, 한국항공우주연구원은 총 2단계에 걸친 달 탐사 임무를 계획하고 있다. 한미우주협력협정에 따라 한국항공우주연구원, KAIST 등 관련 연구기관이 NASA 등 관련 해외 기관과 협력하여 진행할 예정이다. 1단계 임무는 시험용 달 궤도선(Korea Lunar Path Finder Mission)으로, 2020년에 스페이스X사의 팰컨9 로켓을 통하여 시험용 달 궤도선을 발사할 예정이며, 이 때 심우주 비행/관제/제어 기술(소위 심우주 G(Guidance), N(Navigation), C(Control) 기술)을 획득/증명하는 것이 목표이다. 한미우주협력협정에 따라서 한국에서 처음 시도하는 심우주 비행/관제/제어 기술에 대한 지원을 받는 반대급부로, 미국 애리조나 대학교에서 개발한 섀도우 캠(shadow camera)을 한국형 시험용 달 궤도선에 탑재할 예정이다. 이 탑재체는 달의 뒷편의 어두운 부분을 집중적으로 관측하여, 극미량 존재하는 달의 물분자를 탐지하는데 기여를 할 것으로 예상된다.
1단계 시험용 달 궤도선 임무 이후, 자체적인 발사체(KSLV-2; KSLV-1과는 달리, 한국의 독자적인 액체추진 우주 발사체이다.)를 활용한 2단계 임무를 수행할 예정이며, 이 때 달 착륙선 임무를 궤도선 임무와 동시 진행하여(즉, 2개의 발사체를 이용하여, 궤도선 1기, 착륙선 1기를 달에 보내는 것을 의미한다; 이러한 임무 계획은 1단계 임무에서 해외 발사체를 활용하여 달에 도달하는 것에 비하여, 2단계 임무에서는 달 착륙이라고 하는 무언가 본질적으로 다른 임무 수행을 하지 않으면 국민적인 호응을 얻기 어려운 상황과도 관련이 있는 것으로 보인다.) 달에 착륙하는 것도 하는 것을 고려하고 있다. 사실, 달 착륙선을 제외한, 한국형 달 탐사 임무에서 사용하는 위성체 기술은 기존 아리랑 등 지구궤도 임무과 본질적인 차이는 없는 반면에(다만, 심우주 비행/제어/관제 기술은 기존 지구 궤도 임무와는 차원이 다르고 1단계 임무에서 획득하는 것이 목표임을 고려해야 한다.), KSLV-2등 발사체 관련 기술 개발은 기존 한국의 기술 역량을 한/두 단계 더 업그레이드하는 것을 목표로 하고 있으며, 관련 예산도 훨신 더 중요하게 투입되고 있다.
2. 과정
2.1. 개발
2008년 KAIST 권세진 교수팀과 스페이스솔루션사(대표 이재헌)가 공동으로 달 착륙선을 개발하는데 성공했다. ILN이 예상하는 1억 달러(1500억 원) 개발비를 절반인 750억원으로 줄이는 기술도 개발하는데 성공했다. 2008년 11월 28일 KAIST 풍동 실험동(W10)에서 공개 지상착륙시험도 실시했다.
항우연은 2013년 현재 70%의 기술을 확보했으며, 2014년 달 탐사선의 지상착륙시험을 실시할 계획이다.
하지만 2020년에 사실상 불가능해졌는데, 달 궤도선 설계조차 하지 못했다는 점이다.# 그래서 2022년 7월 이내로 다시 연기한다고 밝혔다.# 궤도 문제로 달 탐사선 무산 가능성이 있다는 점이다.# 애초에 2020년 라는 무리한 일정이 탐사선 개발에 지연되었다는 점이다.#
항우연측에서 NASA의 제안을 받아들이기로 했다고 한다.# 궤도 수정을 받아들임에 따라 개발 백지화까지는 안갔다.
2020년 12월, 여주에 달 궤도선과 통신하게 될 안테나가 세워졌다.#
2.2. 로버
[image]
2.3. 궤도
[image]
위 이미지상의 궤도는 위상 전이 궤적이라 하여, 우주개발에 처음 나서는 국가들 즉 초짜들이 많이 쓰는 방법이다. 지구궤도를 여러 번 돌은 후에 지구궤도를 이탈, 달 궤도로 전이하며 연료 소모량이 많은 편이지만 대신 달 궤도 진입까지 여유가 있어 탐사선의 오류나 오차 수정 등 이상사태 대응에 용이하다.#
2019년 9월 항우연이 밝힌 궤도는 위와 같다. 늘어난 위성중량에 따른 연료부족 문제를 해결하기 위해 1년 내내 100km의 원궤도에서 운용하기로 한 것을, 9개월 타원궤도(장반경 300km, 단반경 100km) + 3개월 원궤도(100km)로 조정한 것이다. 사실 이조차도 중간에 탐사선의 궤도를 변경해야 한다는 고난이도 과제가 있어서 이를 위한 NASA의 지원이 필요하다.
그런데 그 NASA가 이러한 항우연의 궤도수정 계획에 반대했다.# NASA는 한국형 달 탐사선을 활용하여 달의 극지 지형정보를 최대한 많이 입수하려 했는데, 항우연의 궤도수정 계획대로라면 극지방을 타원형 궤도 장반경에 걸쳐 통과하기 때문에 충분한 지형정보를 입수하지 못하리라 우려하는 것. 반면, 이제야 우주 탐사를 시작하는 후발주자 한국 입장에선 달 지형정보건 뭐건 일단 탐사선을 최대한 오래 운용해보고 그 노하우를 습득하는게 중요한지라 1년이라는 운용기간을 채우는 게 중요한 상황이다.
NASA 입장에서도 다급한 것이, 예전같지 않아서 예산이 부족해 타국의 우주탐사를 최대한 활용하는 경향도 있고 무엇보다 도널드 트럼프가 아르테미스 계획의 달 착륙 일정을 2028년에서 2024년으로 4년이나 앞당겨 버려서 시일이 촉박한 상황이다. 또, 아르테미스 계획상 착륙 예정지역이 달의 남극지역으로 트럼프가 아르테미스 계획을 4년이나 앞당긴 바람에 NASA가 자체적으로 탐사선을 새로 준비하고 할 시간도 없다. 즉, 한국의 달 탐사선이 최대한 많은 정보를 수집해줘야 하는 것.
때문에, NASA는 WSB(Weak Stability Boundary) 궤적을 이용하여 달 궤도에 진입하는 것을 제안했다. 이는 탐사선을 라그랑주점 중 L1 포인트까지 보낸 후 약간의 추력을 이용해 달 궤도로 보내는 방법으로, 연료소모량이 적기에 중량이 늘어남에도 항우연이 희망하는 탐사기간 1년을 충족시킬 수 있지만, 성공한지 30년도 안 지난 비교적 최신예 항법으로 NASA같은 고렙이나 쓰는 수단이며, 달 탐사선임에도 L1 포인트까지 가야해 지구와 최대 150만 km 떨어지므로 통신설비의 강화가 필수다. 즉, 한국같은 초짜가 쓰기엔 위험천만한 방법. 그러나 상술했듯 아르테미스 계획과 연결점이 생기면서 NASA가 WSB 궤적에 대한 기술지원을 해주겠다고 하고 있다.
최종적으로는 저에너지 트랜스퍼(WSB)로 확정되었다.#, '달 궤도 전이 방식'(BLT/WSB)으로 사실상 변경됐다.#
3. 시험용 달 궤도선의 목표
시험용 달 궤도선의 목표는 달 탐사 기술과 과학을 향상시키는 것으로 우주 탐사 위성 기술의 독자 개발, 국제 협력 증진, 미래 달 자원 확보 및 우주 영역 증대, 새로운 세대에게 우주 관련 활동에 대한 영감과 교육 등을 목표로 한다. 위성 본체 개발 기술은 대부분 확보되어 있으므로 심우주 탐사 위성 개발 관련 기술인 비행/관제/제어 기술 (소위 심우주 G(Guidance), N(Navigation), C(Control) 기술) 및 심우주 지상국 개발 기술, 대형 추진 시스템 개발 기술을 획득/검증하는 것이 목표이다. 과학적 목적은 2단계 달 임무인 달 착륙지 선정을 위한 달 표면의 고해상도 영상 촬영, 달의 지질과 자원 탐사, 달 표면과 근처 영역의 우주환경 연구로 달 자기장 지도 획득, 방사능 세기 연구 및 고에너지 입자 밀도 연구 등이 있다.
3.1. 시험용 달 궤도선 탑재체
시험용 달 궤도선에 탑재되는 주요 탑재체는 총 6개가 개발 중이다.
- 한국항공우주연구원: LUTI (Lunar Terrain Imager), 고해상도 카메라
- 한국천문연구원: PolCam (Wide-angle Polarimetric Camera), 광시야 편광카메라
- 경희대학교: KMAG (KPLO Magnetometer), 자기장 측정기
- 한국지질자원연구원: KGRS (KPLO Gamma-Ray Spectrometer), 감마선 분광기
- 한국전자통신연구원: DTNPL (DTN Instrument), 우주인터넷탑재체
- NASA(Arizona State University) : SHC (ShadowCam), 영구음영지역 카메라