한국항공우주연구원

자막

2022년 8월
다누리가
달로 가는 여정을 시작합니다
지구 중력장을 벗어나 600만KM를 날아
달에 가는 길
'WSB/BLT 탄도형 달 전이 궤적'
다누리 궤적에 숨겨진 4가지의 비밀
그리고
'비밀병기'가 되었던
궤적설계 전담팀의 이야기
다누리 궤적
이렇게 설계했습니다

박재익
달탐사사업단
달 탐사사업단에서
임무설계 및 궤적설계를 담당하고 있는 박재익이고요
현재는 KPLO 초기운영 임무운영 팀장입니다
[*다누리 설계모델명 KPLO]

Q.
다누리 궤적이
아리랑, 천리안 위성의
궤적설계와
어떤 점이 다른지

(천체 역학적인 관점에서 비슷하지만)다만 지구 저궤도 위성이랑
정지궤도 위성은 고도 500km에서
3만 8,000km 고도 내에서의 어떤 지구와
우주선 간에 움직이는 이체문제를 다루고 있다면

[*이체문제(Two-Body Problem)
2개 물체 간의 중력 작용에 따른
궤도운동을 예측하는 것]

특히 다누리 궤적 같은 경우에는
지구-태양-달-우주선과의 사체문제를

[*사체문제(Four-Body Problem)
4개 문체 간의 궤도운동은
변수가 많고 매우 복잡하다]

중력에 관련된 사체문제를 다루는게
가장 큰 차이점이라고 볼 수 있겠습니다

Q.
궤적설계가
변경되면서 굉장히
힘드셨을 것 같다

초기에 저희가 3.5 위상 전이 방식으로

[*3.5 위상 전이 궤적
지구를 3바퀴 반 돌아서
다른 행성으로 가는 것]

다누리 궤적을 설계를 하고 있었고요
그런데 갑자기 연료 이슈 문제들이 대두가 되면서
그 문제를 해결하기 위한
방안들을 모색하기 시작을 했는데요

다누리 궤적설계를 위한
비밀병기가 있었다?

사실 WSB/BLT 궤적에 대한 개념도 없었던 시기였고

[*WSB/BLT 궤적(다누리의 궤적)
'탄도용 달 전이 궤적' 혹은
'BLT 궤적'이라 부른다

좀 난감한 시기였던 것 같습니다
달탐사사업단장님(현 이상률 원장)께서 달탐사사업단 내에
여섯 명의 인력을 '비닥'이라는 궤적설계 전담팀을

비(숨길 비 秘)
탁(높을 탁 卓)
: 탁월한 비밀병기가 된
궤적설계 전담팀 6명

만들어 주셨고요
[*출처 : NASA]
그리고 이제 본인이 직접 NASA 본부
그다음에 제트추진연구소
그리고 WBS/BLT 궤적 창시자라고 할 수 있는
[*출처 : Institute for Advanced Study]
미국의 에드워드 벨 브르노 박사를

[탄도형 달 전이 궤적을 다루는
수많은 전문가들을 만나]

본인이 직접 발로 뛰면서
일종의 설계 계획과 요구 사항들이 담아있는 문서들을

[완성된
설계 계획과 필요조건들]

저희에게 직접 작성해서
좀 부담감을 덜고
궤적설계에 집중할 수 있었던 것 같습니다

비탁팀에 주어진 시간
한 달

[2020년 1월 궤적설계 전담팀 구성]

한 달 만에 어떤 초안을 만들어야 하는

[2020년 3월 상세설계 검토회의(설계 초안)]

압박감이 있었거든요

[2020년 5월 중간 검토회의(2차 설계안)]

최종적으로는 7월에
미국의 제트추진연구소 그레일 미션 팀으로부터

[*그레일 미션
2011년 미국이 달에 보낸
쌍둥이 위성으로 BLT 궤적을 사용했다]

[*출처 : NASA]
저희가 설계한 결과들을 검증을 받았고요
그래서 그 팀으로부터 어느 정도 의미있는 성과를 냈다

Q.
설계가 맞다는
확신을 얻었을 때의
기분은?

저희가 실력이 없어서 궤적설계 이런 것들을
못 하는 게 아니라, 사실은 이게
해놓고도 답인지 아닌지 사실은
잘 모르는 상황들이 벌어지기 때문에
사실 제일 기분 좋았던 순간 중에
한순간이고요

I agree with your assessment --- KARI has made great progress in the design of the low energy trajectory to the Moon. Congratulations.

[*NASA에서 온 메일]

우리는 설계도에 찬성합니다.
항우연은 달까지 가는 저에너지 궤적 설계에 위대한 진전을 이뤘습니다. 축하합니다.

다누리가 달에 가는 길
다누리는 8월에 발사해
발사 후 약 45분
탄도형 달 전이 궤적에 진입
태양의 중력에 이끌려 가다가
다시 지구 방향으로 궤적을 수정해
달이 지구의 남쪽에 있을 때
달과 함께 지구의 반 바퀴 정도를 돌고
(일식을 피해 전력의 영향을 최소화하는 전략)
달이 지구의 북쪽에 오면 달 궤도에 포획된다
마치 리본을 그리듯 먼 길을 돌아가는데도
다른 달 전이 궤적보다
연료를 아낄 수 있다

1.
다누리는 어떻게 연료를
25%나 절약할까?

[궤도를 돌려면
궤도속도를 달성해야 한다]

어떤 행성에 도착해서 그 행성에 머무르기 위해
그 행성의 궤도 속도와
맞추기 위해
속도를 감속하거나 가속을 해야 하는데

[감속 혹은 가속을 위한
우주선의 에너지를 아껴라]

이때
탐사선의 추진 시스템을 이용해서
연료를 사용하게 됩니다
다행스럽게 WSB/BLT 궤적은
지구와 태양과 달의 중력을 이용하기 때문에
그 속도를 중력을 이용해서 감속을 시킬 수가 있습니다
이미 속도를 줄이고 들어가면
줄여야 하는 속도 성분이 작아지기 때문에
연료 사용량이 더 적어지는 거죠
그래서 그때 달에 진입할 때 연료를
아낄 수 있어서
그게 약 20~25% 정도 절감할 수 있다고
표현을 하는 겁니다

[20~25%의 연료 절감]

2.
다누리가 우주고속도로에
올라탄다고?

Q.
리본 모양처럼
휘어지는 궤적이
신기하다

지구와 태양 사이의 중력장의 분포는
매니폴드라고 하는 6차원 튜브 형태의
이런 중력장 안에서
이렇게 튜브 형태의 관으로 연결이 되어 있는데요
지구와 태양 사이에 이런 라그랑주 포인트가 있고

[*라그랑주 포인트
천체끼리 당기는 힘이
평형을 이루는 지점]

지구와 달 사이에 라그랑주 포인트가 있는데
이 라그랑주 포인트끼리에는
앞서 말씀드렸던 튜브 형태의
관으로, 매니폴드라고 부르는 관으로

[*우주의 고속도로
마치 여러 다발의 관(매니폴드)처럼
라그랑주 포인트를 서로 연결해주는 길]

고속도로처럼 이렇게 죽 연결이 되어 있는데요
고속도로 인터체인지가
라그랑주 포인트 주변에 몰려 있는 겁니다
그래서 인터체인지를
갈아탄다고 보시면 됩니다

3.
다누리 궤적은
로켓이 알아서 쏴주는 거다?

스페이스X는 발사 용역 업체고요
'저희가 원하는 길로 어디까지 발사를 해주세요'라고
설계된 대로 그 결과들을 전달하면
스페이스X가 거기까지 에너지를 주는 역할을 하는 거고요
나머지는 다 저희가 이제 운영해야 합니다
약 135일의 비행 동안
아홉 번의 기동이 이제 이루어지고요
사실 이 기동은 저희가 그 어떤 포인트만 만들어 놨지

[설계한 궤적과의 오차가 크지 않다면
'궤적 수정 기동'은 아홉 번을 다 하지 않아도 된다]

사실 할 수도 있고 안 할 수도 있는 기동이고요
저희가 확실시되는 기동은
첫 번째 기동과
세 번째 기동과 아홉 번째 기동이 되지 않을까 예상을 하고요

[*다누리 기동
첫 번째 : 로켓(발사체) 진입 오차 보정
세 번째 : 지구-달 매니폴드 진입 경로 수정
아홉 번째 : 달 궤도 진입 전 최종 오차 보정]

4.
달 궤도 진입할 때는
브레이크를 밟아라!

Q.
다누리가
달 궤도를 여러 번
돌아서 진입하는데

이런 방식은 이제 에어로 브레이킹 방식이라고
일반적으로
화성 탐사 임무에서 주로 사용을 했던 방법이고요

[*에어로 브레이킹
타원궤도로 먼저 진입한 다음
점점 고도를 낮춰 원궤도에 가깝게 만들면서
항력을 이용해 우주선을 감속하는 것]

중력 손실로 인해서 한 번에 들어가는 것보다
여러 번 나눠서 들어가는 게
연료를 조금 더 아낄 수 있었습니다
사실 추진 시스템의 피로도도 좀 절감시킬 수 있고요

다누리
4개월의 비행이
이제 시작된다

Q.
다누리 발사 전
바람은?

오직 하나밖에 없죠. 분명히 달로
진입을 시켜서 저희의 목표로 하는 임무궤도
고도까지 진입시키는
성공을 시켜야되는 게 저희
가장 첫 번째 이제 목표고요

[기필코 달 궤도에 진입시키겠다는
단 하나의 목표]

저희 팀 뿐만 아니라 버스(본체) 운영하시는 분들

[8월, 우주로 가는 다누리는]

운영에 참여하시는 60명의 엔지니어들

[12월 16일 달 궤도 진입까지]

모두 한마음 한뜻으로
노력을 해야지 분명히 성공할 수 있다고 보고요

[4.5개월
누적 비행거리 600km를 비행한다]

정말 최선을 다해서
노력했기 때문에, 저는 반드시
성공할 수 있을 거라 생각합니다
파이팅!

수개월 간의 궤적 운용 임무는
이제 시작된다

KARI TV
KOREA AEROSPACE RESEARCH INSTITUTE