달은 인류에게 가장 친숙한 천체다. 지구로부터 38만㎞ 떨어져 있지만 우주 선진국들은 유무인 탐사를 예전부터 이어왔다. 우주탐사 분야 후발국인 한국이 오는 8월 최초로 달 주위를 돌며 임무를 수행할 달 탐사선(궤도선)을 쏘아 올리는 데 세계인의 이목이 집중된 이유다. 김대관 한국항공우주연구원 달탐사사업단 단장은 “선진국과의 기술 격차를 좁히고 미래 심우주 탐사 동력을 마련하는 마중물이 될 것”이라고 강조했다.
○천체 중력 이용해 연료 사용 줄여
항우연은 최근 달 궤도선(KPLO) 비행 모델 조립시험을 마쳤다. 2016년 1월 사업을 시작한 지 6년5개월 만이다. 발사 장소는 미국 플로리다주 케이프커내버럴 공군기지다. 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)의 우주기업 스페이스X의 팰컨9 로켓을 발사체로 사용한다. 발사 시기는 기상 여건 등을 고려해 8월 중 결정할 예정이다. 궤도 진입 시점은 12월 중순이다. 이후 1년간 궤도선은 달을 공전하며 다양한 임무를 수행한다.
항우연은 달 탐사 궤도로 BLT(탄도 달 전이)를 채택했다. BLT 방식은 지구-달-태양 간 중력을 최대한 이용해 최소한의 연료를 쓰면서 비행하는 것을 말한다.
지구를 떠난 KPLO는 태양 중력장에 이끌려 지구로부터 약 150만㎞ 떨어진 태양 근처 라그랑주 포인트(두 개 이상의 천체에서 받는 인력이 같아지는 곳)까지 도달한다. 이후 다시 지구와 달의 중력장에 이끌려 반대쪽 지구 방향으로 매듭 모양 궤적을 그리며 유영한다. 달에 다가가선 달 공전궤도를 다섯 차례 돌며 궤도의 지름을 좁혀가는 ‘진입 기동’을 수행한다.
KPLO에는 2030년께 발사할 달 착륙선 착지 지점 탐색을 위한 고해상도 카메라, 달 표면 입자 등을 분석하는 광시야 편광카메라 등 6개의 탑재체가 설치된다. 미국 항공우주국(NASA)이 개발해 장착한 섀도캠은 달 극지방의 영구음영지역을 촬영한다. 영구음영지역은 지구에서 볼 수 없는 불가사의한 자원 등이 매장돼 있을 것으로 추정된다.
○누리호 2차 발사 준비 한창
항우연은 다음달 15일 예정된 한국형발사체 ‘누리호’ 2차 발사 준비에 한창이다. 작년 10월 1차 발사는 더미 위성(위성 모사체)을 궤도에 올리는 데 실패했다. 위성이 궤도에 안착할 수 있는 속도인 초속 7.5㎞에 도달하지 못했기 때문이다.위성 궤도 진입에 실패한 이유는 두 가지로 확인됐다. 3단 산화제 탱크 내부의 헬륨탱크 2개 지지대 이탈과 산화제 탱크 상부 덮개 파손이다. 항우연은 헬륨탱크 지지대 이탈이 일어날 수 없도록 설계를 보강해 제작을 마쳤다. 산화제 탱크 상부 덮개도 두께를 2㎜에서 5㎜로 늘렸다.
누리호가 궤도에 오르면 가로·세로·높이 약 90㎝, 무게 162.5㎏의 성능검증 위성 1기를 방출한다. 이후 위성 안에 자리잡은 4개 대학이 개발한 초소형 위성(큐브샛) 4기가 차례로 스프링 지지대에서 사출될 예정이다. KAIST와 조선대가 개발한 초소형 위성은 관측, 서울대는 GPS(위성항법장치) 데이터 수집, 연세대는 미세먼지 모니터링 기능을 넣었다. 초소형 위성 임무 수행 기간은 6개월~1년이다.
항우연은 최근 차세대발사체 개발사업 예비타당성조사에도 들어갔다. 차세대발사체는 100t급 액체엔진 5기가 묶인 1단과 10t급 엔진 2기가 묶인 2단으로 구성된다. 차세대발사체와 누리호의 가장 큰 차이는 ‘재사용’이다. 1단에 재점화, 추력조절 기능이 들어간다. 임무를 마친 뒤 스페이스X의 재사용 발사체 팰컨9처럼 지상 또는 해상 구조물에 착륙하는 것이 최종 목표다.
차세대발사체가 완성되면 한국은 독자적인 우주탐사 능력을 갖추게 된다. 누리호는 고도 500㎞에 최대 2.2t의 위성을 투입할 수 있도록 설계됐다. 차세대발사체는 고도 500㎞에 7t급 실용위성을 띄울 수 있다. 누리호의 네 배 가까운 성능을 보유하는 셈이다.
대전=김진원/민경진 기자 jin1@hankyung.com
