한국항공우주연구원

오바마 정부는 2009년 Augustine 위원회의 조사를 거쳐 부시 정부가 이전에 제시하였던 Constellation 유인 우주탐사 사업과 더불어 유인 달 탐사 계획을 2010년에 취소하면서 이를 대신하여 2025년까지 소행성의 유인 탐사라는 새로운 목표를 제시하였다. 이후 소행성에 대한 다양한 연구가 진행되었으며, 최근 NASA의 2014년도 예산(안)을 통해 보다 구체적인 소행성 탐사 임무를 정의하기에 이르렀다.

소행성 탐사 임무 일정표 (NASA, June 2013)

소행성 탐사 체계

NASA는 NASA의 소행성 탐사 전략(Asteroid Strategy)의 한 축으로 최근의 소행성 탐사 계획(Asteroid Initiative)을 제시하고 있으며, 해당 탐사 계획은 다시 상호 보완이 되는 두 개의 주요 사업으로 구분이 된다.

NASA의 소행성 임무 체계도 (NASA, June 2013)

● Grand Challenge : 인류를 위협하는 소행성들을 모두 파악하고 이에 대한 대처 방안 마련
● Asteroid Mission : 작은 소행성을 달 궤도로 진입시키고 Orion과 SLS을 활용하여 유인 소행성 탐사 추진
   ※ Orion/SLS(Space Launch System): 지구저궤도 이상의 우주탐사를 위한 NASA의 차세대 유인 우주선 및 대형 발사체

소행성 탐사 기술

금번에 제시된 NASA의 소행성 탐사 계획은 NASA 조직내 과학부문(Science Mission Directorate), 우주기술부문(Space Technology Mission Directorate), 그리고 유인탐사 및 운용 부문(Human Exploration and Operations Mission Directorate) 등 모든 우주관련 조직의 주요 연구개발 활동들을 접목하여 추진함으로써 NASA가 보유한 과학, 우주기술, 그리고 유인탐사 기술들을 십분 활용하도록 되어있으며, 아울러 이를 통해 신기술 개발, 지구 보존, 그리고 새로운 산업체들과의 파트너십 구축 등을 추구 하고 있다.

◇ 목표 설정을 위한 소행성 탐지 및 특성 파악 (SMD)

◇ 소행성으로의 우주비행 및 소행성의 이동을 위한 태양에너지를 활용한 전기 추진 엔진 (STMD)

NASA의 태양전기추진체 연구 (NASA, June 2013)

◇ 소행성 포획 및 근접 활동을 위한 자동항법 및 제어 기술 (HEOMD)

◇ 소행성과의 랑데뷰를 위한 Orion과 SLS 시스템 (HEOMD)

◇ 우주인의 우주선외 활동 기술 (HEOMD)

우주인의 우주선외 활동 상상도 (NASA, June 2013)

소행성 탐사 임무 3단계

NASA의 소행성 탐사 임무는 크게 소행성 탐지, 소행성 이동, 그리고 소행성 탐사 등 3단계로 구분하여 임무를 정의하고 있다.

① 소행성 탐지 (Identify)
지상 및 우주에 있는 관측 시스템을 활용하여 소행성을 탐지하고 특성을 파악하여 소행성 탐사를 위한 최종 목표 설정
● 지름 7~10미터 / 무게 최대 500톤인 소행성
● 궤도, 크기, 회전속도, 물질 구성, 탐지 특성 등이 적합한 목표 탐색
● 지상 관측시스템 및 무인 우주 관측시스템 활용

지상 및 우주 관측 시스템 (NASA, June 2013)

② 소행성 이동 (Redirect)
태양에너지를 활용한 전기 추진 엔진을 활용하여 무인 우주선이 소행성을 달 궤도(Distant Retrograde Orbit, DRO)로 인도

소행성 탐사에서 사용할 DRO 궤도 (NASA, June 2013)

● NASA의 우주기술부문에서 개발 중인 고출력(~30-50kW) 및 경량인 태양 전지판 및 태양전기추진체(SEP, Solar Electric Propulsion) 활용
● 소행성 탐사 임무를 통해 새로운 태양전지판 기술, 고출력 전기추진엔진 기술, 통합 고출력 SEP 시스템 기술, 소행성 운송 기술 등 검증
         

소행성 탐사선 상상도 (NASA, June 2013)

③ 소행성 탐사 (Explore)
Orion과 SLS을 활용하여 우주인들이 소행성에 접근하여 소행성 샘플 채취 등 탐사 수행

우주인 탐사 임무 흐름도 (NASA, June 2013)

결론

NASA는 소행성 탐사 임무의 성공적인 추진을 위해 올해 6월에 산업체와 해외 파트너 기관들과의 협력 논의를 위한 워크숍 개최, 같은 달 보다 폭넓은 아이디어 조사를 위한 RFI(Request For Information) 공표,  그 결과로 400여개 이상의 제안서 접수, 그리고 이를 바탕으로 다가오는 9월에 기술 워크숍 개최 등 적극적이고 발 빠른 행보를 하고 있다.
현재 달 탐사를 추진 중인 우리나라도 앞으로 관련 활동의 지속적인 참여를 통해 국내 달 탐사 사업 협력은 물론 미래 우주탐사 사업 추진을 위한 협력 파트너십 구축을 위한 좋은 기회가 될 것으로 생각되며, 이를 계기로 우리나라의 장기적인 우주탐사 목표 및 전략이 정립되기를 기대 해본다.

※ 참고자료:
1) NASA's Asteroid Initiative, July 29, 2013
2) Asteroid Redirect Mission and Human Space Flight Briefing, June 19, 2013
3) Asteroid Initiative Industry and Partner Day, June 18, 2013
4) NASA's FY2014 Asteroid Strategy, April 10, 2013

작성 : 한국항공우주연구원 이서림 (선임연구원)