항우연, 발사체·궤도선·착륙선·탐사로버 개발 동시 추진 ※편집자주 = 미국·러시아가 주도해온 달탐사에 유럽·일본·중국·인도가 가세해 경쟁이 치열해지고 있다. 한국은 2018년과 2020년 시험용 달 궤도선과 착륙선을 각각 발사, 7번째 달 탐사국 대열에 오를 계획이다. 이에 따라 달 탐사사업이 내년부터 한국항공우주연구원
"2018년. 한국 연구진이 개발한 시험용 달 궤도선이 로켓에 실려 하늘로 치솟는다. 궤도선은 지구를 세 바퀴 돌면서 가속도를 붙여발사 4일째 달 상공 100㎞ 궤도에 진입, 1년간의 탐사활동에 들어간다." 한국항공우주연구원(KARI)은 2018년 말까지 시험용 달 궤도선 1기를 발사하는것을 목표로 내년부터 1천978억원을 투입하는 달탐사 1단계 사업을 본격적으로 추진한다.
이 사업에 내년 예산 200억원이 배정됐다. 애초 계획된 금액보다 100억원이 늘었지만 여전히 부족한 규모다. 지난해에는 2015년 예산으로 410억원이 책정됐다가국회에서 '쪽지예산' 논란으로 한 푼도 반영되지 않았다.
그러나 달탐사에 참여하는 국내 17개 정부출연연구기관과 대학 등은 2013년 '출연연 달탐사 협력협의회'를 구성, 자체 예산을 투입해 달탐사선·탑재체·심우주지상국·로버 등 4개 분야, 21개 세부 과제의 융합연구를 해왔다.
항우연은 이와 함께 2020년에는 달착륙선을 국내에서 개발하고 제작한 로켓으로발사하는 것을 목표로 '한국형 발사체 개발사업'도 진행하고 있다.
한국형 발사체 개발사업 1단계 목표인 발사체 예비설계, 엔진 시험설비 구축, 7t급 액체엔진 조립 및 점화·연소시험을 마치고 지난 8월 2단계 사업에 돌입했다.
2단계 사업에서는 국내 주도로 75t급 액체엔진을 개발하고 이를 활용해 1.5t급실용위성을 지구 저궤도에 올려놓을 300t급 3단형 발사체를 개발한다.
2018년 발사될 달 궤도선에는 외국 발사체가 사용되지만 2020년 달착륙선은 한국형 발사체를 이용한다. 그러나 달착륙선 발사는 2단계 사업에서 개발할 300t급 3단 로켓으로는 부족하다.
3단형 한국형 발사체는 1.5t급 위성을 약 700km 지구 저궤도에 올릴 수 있는 수준이어서 맨 위에 1단형 로켓을 추가해 4단형 발사체를 개발해야 달탐사선을 달로가는 비행궤도에 올릴 수 있다.
달탐사선이 4단 로켓에서 분리돼 달 궤도에 진입하면 한국은 미국·러시아·유럽·중국·인도·일본에 이어 7번째로 달에 탐사선을 보낸 국가가 된다.
최기혁 달탐사연구단장은 "선진국보다 늦었지만 지금이라도 달탐사를 시작되게됐다는 점에서 무척 고무적이다. 한국 우주기술을 진일보시키는 전기가 될 것"이라며 "한국형 달 탐사선이 한국형 발사체로 달탐사에 성공하면 우주 개발 선진국으로도약, 점차 활발해지는 우주개발 국제 협력에서 의미 있는 역할을 할 수 있게 될 것"이라고 말했다.
◇ 달궤도선, 100㎞ 상공 돌며 1년간 탐사활동 달궤도선은 높이 2.3ｍ, 무게 550㎏급으로 국내에서 개발할 궤도선 본체, 고해상도 달지형 촬영카메라, 과학탑재체, 우주인터넷 등 기술검증 탑재체, 미항공우주국(NASA) 제공 탑재체로 구성된다.
달의 북극-남극 상공을 도는 궤도에 1년 이상 머물며 달 지형관측, 착륙선 착륙지점 정보 수집, 우주인터넷 기술 검증 실험 등을 하게 된다.
달궤도선 운영을 위해 국내에 처음으로 심우주지상국이 구축되고 달이 우리나라반대쪽에 있을 때 궤도선 추적과 통신을 위해 NASA 심우주지상국을 활용한다.
◇ 달궤도선, 위상전이궤도 타고 달까지 3박4일 달궤도선은 일단 지구 저궤도 위에 오른 뒤 지구 중심의 큰 타원궤도를 여러 번돌면서 가속도를 붙여 달로 향하는 위상전이궤도를 이용해 달로 갈 것으로 보인다.
3박4일이 걸리는 일정이다.
발사 후 달까지 한 번에 가는 직접전이궤도나 지구-달-태양의 중력 평형점을 이용하는 저에너지전이궤도 등도 있지만 위상전이궤도는 발사날짜 선정이 유연하고 발사과정에서 생길 수 있는 문제점 대응이 쉬운 장점이 있다.
달궤도선은 지구 저궤도에서 추력기를 이용해 두 차례에 걸쳐 이심률이 큰 지구중심 위상전이궤도로 진입해 에너지를 증가시킨 다음 달로 향하는 지구-달 전이단계로 접어들게 된다.
달에 접근한 다음에는 달의 중력장에 진입해 단계적으로 에너지를 감소시키고달중심 위상전이 궤도를 거쳐 달탐사 임무를 수행할 남극-북극 궤도에 자리를 잡게된다.
◇ 달착륙선…2020년 한국형 발사체로 자력 발사 달궤도선에 이어 한국형 달탐사 2단계 사업으로 개발되는 달착륙선은 달 표면을이동하며 각종 탐사임무를 수행할 로버를 싣고 한국형 발사체를 이용해 달로 향하게된다.
달 착륙선은 높이 1.8ｍ, 무게 약 550kg으로 달표면에 연착륙한 뒤 1년 이상 탐사 임무를 수행한다. 탐사로봇인 로버가 분리돼 나와 달 표면을 이동하며 지형 관측, 행성탐사의 주요 핵심기술 검증 실험 등도 하게 된다.
달탐사 로버는 전체 무게가 20㎏으로 계획됐으며 과학탐사 장비 등 탑재체 무게가 7㎏, 본체가 13㎏ 이내로 제작될 예정이다. 본체에는 로버 구동 모터 10개와 각종 장치 제어를 위한 CPU, 전력공급을 위한 배터리팩 등이 내장된다.
◇ 달착륙선, 어디에 어떻게 착륙할까 달탐사선 착륙 지점과 착륙 방법은 정해지지 않았다. 항우연은 의미 있는 탐사성과를 얻기 위한 착륙지 후보 선정과 주어진 여건에서 가장 좋은 착륙 방법을 연구중이다.
미국 서베이어호가 사용한 직접 착륙 방법과 아폴로호가 사용한 달궤도 진입 후착륙하는 방법이 있다. 중국의 창어3호도 아폴로 방식으로 착륙에 성공했다.
아폴로 착륙 방식은 크게 하강단계와 착륙단계로 이루어진다.
하강단계에서는 달에 진입해 100㎞ 원궤도를 돌다가 점차 고도를 낮춰 15㎞ 상공까지 내려간다. 15㎞ 상공에서 큰 추력으로 속도를 줄이면서 궤도에서 벗어나 착륙단계로 들어간다.
착륙단계에서는 고도계를 사용하고 달지형과의 비교 등을 통해 착륙선 위치를계산하며 서서히 속도를 줄이고(접근단계) 착륙지점에 정확하게 도착하도록 항법기술과 제어기술(최종 동력 하강 단계)을 사용한다.
착륙 목표지 상공에 도달하면 최종 착륙 전 착륙 위치의 위험 지형을 확인하고이를 피해 안전하게 착륙(위험 탐지 및 회피 단계)하게 된다.
항우연은 현재 달 궤도선은 필요 기술의 60∼70%, 달 착륙선은 30∼50% 수준에이른 것으로 자체 평가하고, 심우주안테나 지상국과 심우주 항법, 달 착륙 관련 기술 등 부족한 부분은 국제협력과 자체 개발로 확보해나간다는 방침이다.
scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>
"2018년. 한국 연구진이 개발한 시험용 달 궤도선이 로켓에 실려 하늘로 치솟는다. 궤도선은 지구를 세 바퀴 돌면서 가속도를 붙여발사 4일째 달 상공 100㎞ 궤도에 진입, 1년간의 탐사활동에 들어간다." 한국항공우주연구원(KARI)은 2018년 말까지 시험용 달 궤도선 1기를 발사하는것을 목표로 내년부터 1천978억원을 투입하는 달탐사 1단계 사업을 본격적으로 추진한다.
이 사업에 내년 예산 200억원이 배정됐다. 애초 계획된 금액보다 100억원이 늘었지만 여전히 부족한 규모다. 지난해에는 2015년 예산으로 410억원이 책정됐다가국회에서 '쪽지예산' 논란으로 한 푼도 반영되지 않았다.
그러나 달탐사에 참여하는 국내 17개 정부출연연구기관과 대학 등은 2013년 '출연연 달탐사 협력협의회'를 구성, 자체 예산을 투입해 달탐사선·탑재체·심우주지상국·로버 등 4개 분야, 21개 세부 과제의 융합연구를 해왔다.
항우연은 이와 함께 2020년에는 달착륙선을 국내에서 개발하고 제작한 로켓으로발사하는 것을 목표로 '한국형 발사체 개발사업'도 진행하고 있다.
한국형 발사체 개발사업 1단계 목표인 발사체 예비설계, 엔진 시험설비 구축, 7t급 액체엔진 조립 및 점화·연소시험을 마치고 지난 8월 2단계 사업에 돌입했다.
2단계 사업에서는 국내 주도로 75t급 액체엔진을 개발하고 이를 활용해 1.5t급실용위성을 지구 저궤도에 올려놓을 300t급 3단형 발사체를 개발한다.
2018년 발사될 달 궤도선에는 외국 발사체가 사용되지만 2020년 달착륙선은 한국형 발사체를 이용한다. 그러나 달착륙선 발사는 2단계 사업에서 개발할 300t급 3단 로켓으로는 부족하다.
3단형 한국형 발사체는 1.5t급 위성을 약 700km 지구 저궤도에 올릴 수 있는 수준이어서 맨 위에 1단형 로켓을 추가해 4단형 발사체를 개발해야 달탐사선을 달로가는 비행궤도에 올릴 수 있다.
달탐사선이 4단 로켓에서 분리돼 달 궤도에 진입하면 한국은 미국·러시아·유럽·중국·인도·일본에 이어 7번째로 달에 탐사선을 보낸 국가가 된다.
최기혁 달탐사연구단장은 "선진국보다 늦었지만 지금이라도 달탐사를 시작되게됐다는 점에서 무척 고무적이다. 한국 우주기술을 진일보시키는 전기가 될 것"이라며 "한국형 달 탐사선이 한국형 발사체로 달탐사에 성공하면 우주 개발 선진국으로도약, 점차 활발해지는 우주개발 국제 협력에서 의미 있는 역할을 할 수 있게 될 것"이라고 말했다.
◇ 달궤도선, 100㎞ 상공 돌며 1년간 탐사활동 달궤도선은 높이 2.3ｍ, 무게 550㎏급으로 국내에서 개발할 궤도선 본체, 고해상도 달지형 촬영카메라, 과학탑재체, 우주인터넷 등 기술검증 탑재체, 미항공우주국(NASA) 제공 탑재체로 구성된다.
달의 북극-남극 상공을 도는 궤도에 1년 이상 머물며 달 지형관측, 착륙선 착륙지점 정보 수집, 우주인터넷 기술 검증 실험 등을 하게 된다.
달궤도선 운영을 위해 국내에 처음으로 심우주지상국이 구축되고 달이 우리나라반대쪽에 있을 때 궤도선 추적과 통신을 위해 NASA 심우주지상국을 활용한다.
◇ 달궤도선, 위상전이궤도 타고 달까지 3박4일 달궤도선은 일단 지구 저궤도 위에 오른 뒤 지구 중심의 큰 타원궤도를 여러 번돌면서 가속도를 붙여 달로 향하는 위상전이궤도를 이용해 달로 갈 것으로 보인다.
3박4일이 걸리는 일정이다.
발사 후 달까지 한 번에 가는 직접전이궤도나 지구-달-태양의 중력 평형점을 이용하는 저에너지전이궤도 등도 있지만 위상전이궤도는 발사날짜 선정이 유연하고 발사과정에서 생길 수 있는 문제점 대응이 쉬운 장점이 있다.
달궤도선은 지구 저궤도에서 추력기를 이용해 두 차례에 걸쳐 이심률이 큰 지구중심 위상전이궤도로 진입해 에너지를 증가시킨 다음 달로 향하는 지구-달 전이단계로 접어들게 된다.
달에 접근한 다음에는 달의 중력장에 진입해 단계적으로 에너지를 감소시키고달중심 위상전이 궤도를 거쳐 달탐사 임무를 수행할 남극-북극 궤도에 자리를 잡게된다.
◇ 달착륙선…2020년 한국형 발사체로 자력 발사 달궤도선에 이어 한국형 달탐사 2단계 사업으로 개발되는 달착륙선은 달 표면을이동하며 각종 탐사임무를 수행할 로버를 싣고 한국형 발사체를 이용해 달로 향하게된다.
달 착륙선은 높이 1.8ｍ, 무게 약 550kg으로 달표면에 연착륙한 뒤 1년 이상 탐사 임무를 수행한다. 탐사로봇인 로버가 분리돼 나와 달 표면을 이동하며 지형 관측, 행성탐사의 주요 핵심기술 검증 실험 등도 하게 된다.
달탐사 로버는 전체 무게가 20㎏으로 계획됐으며 과학탐사 장비 등 탑재체 무게가 7㎏, 본체가 13㎏ 이내로 제작될 예정이다. 본체에는 로버 구동 모터 10개와 각종 장치 제어를 위한 CPU, 전력공급을 위한 배터리팩 등이 내장된다.
◇ 달착륙선, 어디에 어떻게 착륙할까 달탐사선 착륙 지점과 착륙 방법은 정해지지 않았다. 항우연은 의미 있는 탐사성과를 얻기 위한 착륙지 후보 선정과 주어진 여건에서 가장 좋은 착륙 방법을 연구중이다.
미국 서베이어호가 사용한 직접 착륙 방법과 아폴로호가 사용한 달궤도 진입 후착륙하는 방법이 있다. 중국의 창어3호도 아폴로 방식으로 착륙에 성공했다.
아폴로 착륙 방식은 크게 하강단계와 착륙단계로 이루어진다.
하강단계에서는 달에 진입해 100㎞ 원궤도를 돌다가 점차 고도를 낮춰 15㎞ 상공까지 내려간다. 15㎞ 상공에서 큰 추력으로 속도를 줄이면서 궤도에서 벗어나 착륙단계로 들어간다.
착륙단계에서는 고도계를 사용하고 달지형과의 비교 등을 통해 착륙선 위치를계산하며 서서히 속도를 줄이고(접근단계) 착륙지점에 정확하게 도착하도록 항법기술과 제어기술(최종 동력 하강 단계)을 사용한다.
착륙 목표지 상공에 도달하면 최종 착륙 전 착륙 위치의 위험 지형을 확인하고이를 피해 안전하게 착륙(위험 탐지 및 회피 단계)하게 된다.
항우연은 현재 달 궤도선은 필요 기술의 60∼70%, 달 착륙선은 30∼50% 수준에이른 것으로 자체 평가하고, 심우주안테나 지상국과 심우주 항법, 달 착륙 관련 기술 등 부족한 부분은 국제협력과 자체 개발로 확보해나간다는 방침이다.
scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>
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