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언제쯤 달에 태극기를 꽂을 수 있을까?

[과학의 달 기획] 항우연, 달 궤도선 설계 완료 단계...달 착륙은 2030년 목표로 진행 중

대전 = 김상현 기자 ㅣ sisa411@sisajournal.com | 승인 2018.04.17(Tue) 15:01:44

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2009년 대전국제우주대회가 세계 70개국 우주전문가들이 참석한 가운데 대전에서 열렸다. 이 자리에서 당시 이명박 대통령은 "우리나라도 달 탐사 프로그램에 참여하겠다"고 공언했다. 이는 노무현 정부 시절인 2007년 11월 수립한 '우주 개발 세부 실천 로드맵'이 구체화된 것이다. 이후 2023년 달 궤도선 발사, 2025년까지 우리가 제작한 탐사선을 달에 보낸다는 제2차 우주개발진흥 기본계획을 2011년에 수립했다.

 

그러다 박근혜 전 대통령이 2012년 대선 운동 중 “2020년 달에 태극기가 펄럭이게 하겠다”고 선언하면서 급박하게 변경됐다. 2013년 박근혜 정부는 2017년까지 달 궤도선을 쏘아올리고 2020년에 달 착륙선을 보내겠다고 선언했다. 예산은 2600억원에서 1978억원으로 줄었다. 

 

문재인 정부가 들어서면서 우주개발 사업 일정이 다시 조정됐다. 지난 2월5일 제14회 국가우주위원회를 열고 ‘제3차 우주개발진흥기본계획(안)’과 ‘한국형발사체개발사업 일정 검토 및 향후계획(안)’을 심의·확정했다. 달 궤도선 사업은 2020년까지, 달 착륙선은 2030년을 목표로 추진하기로 한 것. 사실상 달 착륙에 관해서는 박근혜 정부의 계획에서 10년이 늦춰진 셈이다. 과학계에서는 이제야 정상적인 일정대로 무리 없이 사업을 진행할 수 있게 됐다는 평가와, 10년이 미뤄질 경우 경쟁에서 뒤처지고 기존에 추진해온 연구가 사장될 위험이 있다는 우려의 목소리가 함께 나오고 있다.

 

정부가 바뀔 때마다 부침을 겪어온 달 탐사 사업은 현재 어떻게 진행 중이며, 과연 언제쯤 태극기를 달에 꽂을 수 있을까. 이를 알아보기 위해 한국항공우주연구원을 찾았다.

 

 

달 궤도선 사업 2016년 시작, 조립·테스트만 2년 소요

 

현재 한국 달 탐사 사업은 2단계로 추진 중이다. 1단계는 자력 달 탐사 기술을 확보하기 위한 시험용 달 궤도선을 국제협력 기반으로 개발·발사하는 사업이다. 2단계 목표는 달 궤도선과 착륙선을 독자 기술로 개발하고 한국형 발사체를 사용해 달에 가는 것이다. 앞서 언급한 예산 1978억원은 1단계 사업에 대한 예산이다. 2단계 사업 예산 규모는 정해지지 않았다.

 

달 궤도선 발사를 2020년으로 연기한 이유에 대해 항우연 미래융합연구부 류동영 책임연구원은 “실제로 위성을 설계하고 개발하는데 걸리는 시간을 고려해 현실화 한 것”이라고 설명했다. 

 

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박근혜 정부 계획대로라면 1단계 사업은 2014년에 시작됐어야 했지만, 이런저런 이유로 2016년이 돼서야 출발했다. 현재 시험용 달 궤도선 개발은 기본설계·예비설계 단계를 거쳐 상세설계를 진행 중이다. 위성이나 우주탐사선 개발은 각 설계 단계를 수행한 후에 검토회의를 진행한다. 상세설계 결과에 대한 검토회의는 오는 9월 수행할 계획이다. 검토회의를 거쳐 설계가 완성하면 제작시험 단계로 들어선다. 류 책임연구원은 “제작시험에 2년 정도 소요될 것”이라고 예상했다. 

 

달 궤도선은 지구가 아닌 다른 천체인 달에 진입하고 달 주위를 궤도운동하게 돼 추가적인 기술이 필요하다. 하지만 기본적인 구성과 기능은 기존의 위성과 크게 다르지는 않다는 것이 항우연 측의 설명이다. 류 책임연구원에 따르면, 기존에 많은 위성을 제작해 왔던 경험 등을 토대로 이미 70% 이상의 기술은 확보한 상태다. 이 정도 기술이 확보돼 있는 상황에서도 시험용 달 궤도선 제작에만 4년 이상이 걸린다. 

 

한국형 달 궤도선에는 다양한 탑재체가 실린다. 우리나라는 고해상도 카메라, 광시야 편광카메라, 자기장 측정기, 감마선 분광기 등의 과학 탑재체와 우주인터넷 시험탑재체를 장착한다. 여기에 국제 협력 차원에서 미국 항공우주국(NASA)의 새도우 캠(Shadow Cam)을 추가한다. 발사체는 스페이스X사의 펠콘-9를 사용해 쏘아올린다.

 

현재 광시야 편광카메라는 한국천문연구원, 자기장 측정기는 경희대에서 제작 중이다. 감마선 분광기는 한국지질과학연구원이, 우주인터넷 시험탑재체는 한국전자통신연구원이 각각 맡아서 개발 중이다. 고해상도 카메라는 항우연 자체에서 개발한다. NASA의 탑재체를 제외하고는 순수 한국 기술로 제작하는 셈이다. 

 


달 착륙선은 궤도선과는 또 다른 도전

 

항우연은 현재 1차 사업을 진행하면서 2차 사업에 대한 기초 연구를 함께 진행 중이다. 달 착륙선이 달에 도달하는 기술은 시험용 달 궤도선을 통하여 대부분 확보한다.

 

하지만 달 착륙선은 추진시스템, 항법·제어용 장비 및 운용 방식, 착륙 장치 등 기존 위성과는 다른 부분이 존재한다. 달에 도달하고 착륙을 위하여 착륙선 전체 무게의 약 70% 정도를 연료로 채워야하고, 필요한 추력도 궤도선에 비하여 10배 정도 커야한다.

 

착륙 단계에서는 지구에서의 명령을 받아서 조정할 시간적인 여유가 없다. 그러므로 착륙하는 동안 자율적으로 착륙선의 위치를 계산해 목표에 도달해야 한다. 이를 위해 경로를 수정하는 유도·항법·제어 기술이 필수다. 

 

착륙지 부근에 도달해서도 문제다. 착륙할 지형의 경사도나 바위, 웅덩이와 같은 위험지형이 있는가를 확인해야 하고 자율적으로 이를 피해서 착륙하는 기술이 있어야 한다. 착륙 순간에는 충격을 흡수하고, 착륙선이 뒤집어지지 않고 안전하게 착륙하기 위한 장치가 필요하다.

 

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달 궤도선에 필요한 기술은 70% 이상 확보했다고 했지만, 착륙선에 필요한 기술들은 기존 위성과 다른 기술이고 아직 우리나라에서 검증된 기술이 아니다. 이에 따라 사업 착수 전에 필요한 기술을 개발하고 검증하는 준비가 필요하다. 현재 이 부분을 진행하고 있는 것이다. 2단계 사업 착수 전까지 달 착륙에 필요한 핵심 기술을 일정 수준 이상 확보하는 것이 목표다.

 

 

달 탐사는 더 먼 우주로 여행을 위한 시험 단계

 

이미 미국·​중국·​일본·​인도 등은 2000년대 달 궤도선 임무 성공에 이어 달 착륙에 성공했거나 준비 중이다. 아폴로 프로젝트 이후 잠시 동안 달 탐사를 쉬었던 미국은 2000년대 후반과 2010년대 초에 달 정찰위성(LRO), 그래일(GRAIL), 라디(LADEE) 등을 달에 보냈다. 최근에는 다시 유인 착륙선 계획을 추진 중이다.

 

중국은 2013년 창어 3호를 달에 착륙시켜 세계를 놀라게 했다. 올해는 세계 최초로 달 뒷면에 착륙하기 위한 창어 4호 발표를 앞두고 있다. 인도 역시 찬드라얀 1호 발사 이후 올해 10월 경 달 궤도선과 로버를 포함한 달 착륙선 발사를 목표로 하고 있다. 러시아도 루나 글로브 프로젝트를 진행 중이고, 일본도 착륙선을 개발해 정밀 착륙 기술 시연을 앞두고 있다.

 

해외 민간 기업들도 달 탐사와 관련한 사업을 진행 중이다. 달 궤도 여행상품을 준비 중인 Space-X사, 달 기지 건설 사업을 추진 중인 비글로 에어로스페이스사, 달까지 탑재체 배달 사업을 추진 중인 아스트로보틱사 등이다. 

 

이렇게 여러 나라가 달 탐사에 열을 올리는 이유는 달이 더 넓은 우주로 나가기 위한 훌륭한 시험대이기 때문이다. 류동영 책임연구원은 “달은 3일 반 정도면 갈 수 있다. 발사도 여건만 된다면 매일 쏘아 올릴 수 있다. 하지만 화성은 지구와 화성의 공전 시간차에 따라 26개월에 한 번만 발사가 가능하다. 도착 시간도 무려 200일이나 걸린다. 결국 달은 더 먼 우주로 나가기 위한 훌륭한 시험장이다”고 했다. 우리나라도 달 궤도선, 착륙선 개발과 검증을 통해 화성이나 소행성 탐사 기반을 확보해야 한다.

 

항우연은 2020년 달 궤도선 발사 이후 2030년까지 한국형 발사체를 사용한 달 착륙을 시행할 계획이다. 이후 2035년까지 소행성 탐사를 통하여 소행성 샘플을 채취하여 지구로 귀환하는 것도 계획하고 있다.

 

달 탐사는 다른 위성 발사와 달리 뚜렷한 수요자와 고객이 없다. 그래서 경제적인 부분에서 우려를 표명하는 목소리도 나온다. 이에 대해 류동영 책임연구원은 “탈 탐사를 포함한 우주탐사는 장기적 비전으로 봐야 한다”며 “국민적 관심과 성원이 굉장히 중요하다”고 말했다.​ 

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