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중량·궤도 바꾼 한국 달 궤도선, 2022년 8월 쏜다

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중량·궤도 바꾼 한국 달 궤도선, 2022년 8월 쏜다

2020.09.27 12:00
25일 달탐사사업단 한국과학기자협회 세미나서 공개
이상률 항우연 달탐사 사업단장이 달궤도선 발사에 관해 설명하고 있다. 한국과학기자협회 제공.
이상률 항우연 달탐사 사업단장이 달궤도선 발사에 관해 설명하고 있다. 한국과학기자협회 제공.

탑재체 중량 문제와 미국 항공우주국(NASA)과의 궤도 조정으로 일정이 지연된 한국 첫 달 궤도선(KPLO)이 2022년 8월 1일부터 9월 초 사이에 스페이스X의 팰컨9 로켓에 실려 발사된다. 차질 없이 발사가 진행되면 한국 달 궤도선은 같은 해 12월 16일 달에 도착할 것으로 예상된다. 

 

이상률 한국항공우주연구원 달탐사 사업단장은 25일 한국과학기자협회 주최로 열린 제2회 항공우주 아카데미에서 “탑재체 중량 변경에 따른 설계 변경, NASA의 달 접근 궤도 변경 요청, 달 궤도선 발사 용역업체인 스페이스X와의 일정 및 기술 협의 등 달 궤도선을 둘러싼 기술적 검토가 마무리 단계”라며 “KPLO는 2022년 8월 1일과 9월 초 사이에 예정대로 발사될 것”이라고 밝혔다. 

 

국내 달 탐사 사업의 첫 단추를 꿰는 달 궤도선 발사는 지난 2016년 1월 사업이 착수돼 올해 12월 발사될 예정이었다. 달 탐사 사업은 임무 수행을 위한 탑재체를 개발하고 달 궤도선의 성공적 발사 이후 확보된 기술로 한국형 발사체 ‘누리호’를 통해 향후 달 착륙선 개발을 추진한다는 게 골자다.  

 

고해상도 카메라(항우연 개발)와 광시야편광카메라(한국천문연구원 개발), 자기장측정기(경희대 개발), 감마선분광기(한국지질자원연구원 개발), 우주인터넷탑재체(ETRI 개발), 섀도캠(NASA 개발) 등 총 6개의 탑재체가 실리는 KPLO의 무게는 사업 초기 550kg이었다. 그러나 지난해 9월 탑재체 개발 과정에서 이 중량을 맞추기가 어려워져 KPLO 무게를 678kg으로 상향 조정하고 발사 일정을 2022년 7월로 한차례 연기했다. 

 

이 단장은 “탑재체 중량이 달 궤도선 개발 사업 전체에 많은 문제를 일으킨 것은 사실이며 적절한 대응을 못해 아쉽다”고 밝혔다. 

 

또 다른 변수도 생겼다. 항우연은 KPLO 발사 일정을 연기하며 궤도선 중량 증가로 연료 소모가 늘어날 수밖에 없어 연료 소모가 더 적은 타원 궤도 및 원 궤도 병행 방식으로 바꿨다. 9개월은 타원 궤도(100×300km), 이후 3개월은 원 궤도(100×100km)로 12개월간 운영하는 방식이다. 애초 계획은 원 궤도에서만 12개월간 임무를 수행하는 것이었다. 

 

그러나 KPLO에 달 음영 지역 표면 영상을 촬영하는 섀도캠을 탑재하는 미국 NASA가  지난해 11월 항우연이 제시한 타원 궤도로는 원활하게 데이터를 수집하기 어렵다는 이유로 제동을 걸었다. 2024년 미국 유인 달 탐사선 착륙에 필요한 데이터를 타원 궤도로는 충분히 얻기 어렵다며 반대한 것이다. 


이 상황에서 지난해 11월 26일 달탐사 사업단장에 선임된 이상률 단장은 NASA가 제안한 WSB 전이방식으로 변경을 놓고 지난해 12월 검토에 들어가 같은 달 18일 NASA가 제안한 방안대로 궤도 설계 변경을 확정했다. ‘달 궤도 전이방식(BLT·Ballistic Lunar Transfer)’로도 불리는 WSB전이비행은 지구와 달, 태양의 중력을 이용해 달 궤도에 진입시키는 방법이다. 그러나 사업단 연구자들이 한번도 시도해 본적이 없는 기술적 난이도 높은 경로라는 점에서 신중한 검토가 필요했다. 

 

이 단장은 “지난해 12월 기술적으로 WSB 방식이 가능한지 결정해야 했다”며 “가장 큰 문제는 궤적 설계 능력이 없다는 점이었지만 NASA와의 궤도 설계 자문 등을 거쳐 지구와 달 사이의 32만km 부근의 중력평형점인 ‘라그랑주 포인트1(L1)’ 지점을 활용한 궤도를 도출하고 12월 18일 NASA가 제안한 방안으로 변경을 결정했다”고 말했다. 

 

KPLO 발사 용역업체인 스페이스X와의 기술 검토도 마무리했다는 게 이 단장의 설명이다. KPLO를 정해진 궤도로 진입시키려면 팰컨9 로켓의 2단 엔진 재점화가 필요하다. 이때 재점화 시점과 궤도 정보가 필요한데 사업단이 제시한 방안을 검토한 NASA와 스페이스X측이 지난 7월 기술적 검토를 마치고 최종 확인하는 절차를 거쳤다. 

 

이 단장은 “궤도 변경 설계로 연료의 약 16%를 절감할 수 있을 것으로 예상된다”며 “목표한 임무 수행기간인 1년보다 약 8개월 가량 임무 연장도 가능할 것으로 보인다”고 밝혔다. 이 단장은 또 “지난해 9월 기준 예산보다 약 67억원의 예산 증액이 필요한데 여기에는 스페이스X와의 발사비용 42억5000만원이 늘었고 BLT 자문 및 개발 20억원, 탑재체 체계종합 개발비 4억5000만원이 포함됐다”며 “과기정통부와 기획재정부의 예산 적정성 검토를 거쳐 조만간 최종 확정될 예정”이라고 밝혔다. 

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