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첫 발 내딛는 한국 달 탐사

대한민국 희망 프로젝트,
달 탐사 사업

달탐사

과거와 다른 달탐사 경쟁 시작됐다

미국은 1969년 인류 최초 아폴로 11호 달 착륙 이후, 다시 유인 달 착륙 프로그램인 아르테미스(Artemis) 프로그램을 추진하고 있다. 유럽, 중국, 일본, 인도 등 우주 선진국들은 물론 최근에는 혁신과 도전, 새로운 기회로 상징되는 뉴스페이스(New Space) 시대에 민간 스타트업까지도 달탐사 등 우주탐사에 참여하고 있다. 우주 선진국은 과거 달 탐사와는 다르게 달을 미개발된 무한한 잠재력의 영역으로 인식하고, 달 탐사를 통한 우주개발 주도권을 확보해 가고 있다. 우주 선진국은 발전된 우주기술을 토대로 우주개발 영역을 지구 중심에서 달과 화성으로 옮겨가고 있으며, 우주탐사를 통해서 더욱 진보된 우주기술을 확보가고 있다. 미국은 우주탐사를 통해 궁극적으로 우주개발 선도국으로서의 지위를 지속화하고 미국의 과학, 안보 및 경제 분야 이익을 추구하고 있다. 일본, 중국, 인도 등 우리의 주변국도 달, 혜성과 화성 탐사를 활발하게 진행하고 있다. 달 탐사를 통해서 달까지의 비행 및 제어기술, 달 궤도 진입기술, 착륙 기술, 샘플 채취 및 지구 귀환 기술, 극한 우주환경에서의 달 탐사로버, 원자력전지, 우주인터넷 등 첨단 우주기술 개발과 우주산업화 촉진, 새로운 일자리 창출까지 기대하고 있다. 세계가 달에 다시 주목하는 이유는 달의 부존자원 확보와 화성 등 심우주 탐사를 위한 중간 기착지로 활용 가능성도 있기 때문이다. 그동안 유인 및 무인 탐사를 통해 달에는 물과 헬륨3(He3), 우라늄, 희토류 등의 희귀자원이 있는 것으로 확인됐다. 현재까지 무인달착륙에 성공한 국가는 미국, (구)소련, 중국 뿐이며, 달 궤도선 탐사에 성공한 국가는 미국과 (구)소련을 포함해 일본, 유럽, 중국, 인도 6개국으로 우주탐사를 시작하지 않으면 다른 나라와의 우주개발 경쟁에 크게 뒤쳐질 수 있다.

해외 달 탐사 관련 주요현황

해외 탈 탐사 관련된 주요 현황을 설명하는 표입니다.
국가 연도 및 명칭 임무 국가 연도 및 명칭 비고
(구)소련
  • ▶ 1966년 루나 9호
  • ▶ 1966년 루나 10호
  • ▶ 1970년 루나 16호
  • ▶ 1970년 루나 17호
  • ▶ 1972 년 루나 20호
  • ▶ 1973년 루나 21호
  • ▶ 1976년 루나 24호
  • 착륙선
  • 궤도선
  • 착륙선(샘플채취)
  • 착륙선(탐사차)
  • 착륙선(샘플채취)
  • 착륙선(탐사차)
  • 착륙선(샘플채취)
일본
  • ▶ 1990년 히텐
  • ▶ 2007년 셀레네(카구야)
  • 궤도선
  • 궤도선
유럽 ▶2004년 스마트-1 궤도선(2006 달표면 충돌)
미국
  • ▶ 1966년 서베이어 1호
  • ▶ 1966년 루나 오비터 1호
  • ▶ 1967년 서베이어 3호
  • ▶ 1968년 아폴로 8호
  • ▶ 1969년 아폴로 11/12호
  • ▶ 1970년 아폴로 14호
  • ▶ 1971년 아폴로 15호
  • ▶ 1971년 아폴로 16호
  • ▶ 1972년 아폴로 17호
  • 착륙선
  • 궤도선
  • 착륙선
  • 궤도선(유인)
  • 착륙선(유인)
  • 착륙선(유인)
  • 착륙선(유인월면차)
  • 착륙선(유인월면차)
  • 착륙선(유인월면차)
중국
  • ▶ 2007년 창어 1호
  • ▶ 2013년 창어 3호
  • ▶ 2019년 창어 4호
  • ▶ 2020년 창어 5호
  • 궤도선
  • 착륙선
  • 착륙선(달뒷면)
  • 착륙선(샘플채취)
인도 ▶ 2008년 찬드라얀 1호 궤도선

첫 발 내딛는 한국 달 탐사

최근업데이트 : 2021.06.25
우리나라도 그 동안 확보한 우주기술 역량을 토대로 달 탐사 등 우주탐사 계획을 추진하고 있다. 한국형발사체를 이용한 달 착륙 및 소행성귀환과 이를 통한 우주 전략기술을 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 우리나라 우주탐사 계획은 2022년 까지 시험용 달궤도선을 발사 한 후, 오는 2030년까지 달 착륙 탐사를 추진한다는 계획이다. 그리고 소행성 샘플귀환선을 통해 소행성탐사도 추진할 계획이다. 한국항공우주연구원은 우주탐사 기술 확보·검증을 위한 국제협력 기반의 첫 달 탐사선인 시험용 달 궤도선(KPLO, Korea Pathfinder Lunar Obiter)을 오는 오는 2022년에 발사할 예정이다. 달 탐사는 우리나라의 우주 기술을 한 단계 발전시키고, 국가 브랜드가치 상승과 국민의 자긍심을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 우리나라 국민들의 달탐사에 대한 관심도는 72%로 높으며, 달 탐사 예산 투입에 찬성하는 가운데 우리나라 달 탐사의 유무형 경제적 가치는 투자 예산 대비 5배가 넘는 무려 3조 8,000억 원 가량이 될 것으로 전망되고 있다.

01시험용 달 궤도선(KPLO) 개발

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2022년 8월 달로 향한다

첫 달탐사선인 시험용 달 궤도선(KPLO, Korea Pathfinder Lunar Orbiter)은 달 100km 고도를 비행하며 달 관측 임무를 수행하는 무인 탐사선이다. 한국항공우주연구원이 시스템, 본체, 지상국을 총괄하고 국내 대학과 연구기관, 그리고 미국의 NASA가 탑재체와 심우주 통신, 항행 기술을 지원하는 협력체계로 추진되고 있다. 시험용 달 궤도선(KPLO)은 가로, 세로, 높이 각각 1.82m, 2.14m, 2.29m 크기의 본체와 6개 탑재체로 구성된다. 시험용 달 궤도선(KPLO) 개발의 주요 사업내용은 시험용 달 궤도선 본체 및 탑재체 개발, 심우주 지상국 구축, 2단계 선행연구, NASA와의 국제협력 등이다. 한국항공우주연구원이 시스템, 본체, 지상국을 총괄하고 국내 6개 주요 연구기관과 미국의 NASA가 참여하는 협력체계로 추진한다. NASA 탑재체를 탑재하고 궤도선 추적, 통신 지원, 심우주 항법 서비스 지원 등의 임무를 수행한다.

달·심우주 탐사에 필요한 기술 확보

시험용 달 궤도선(KPLO, Korea Pathfinder Lunar Orbiter)을 통한 달 궤도 탐사에는 극한 환경에서의 임무수행을 위한 탐사선 설계 제작기술, 달까지의 정밀한 비행 등 항법 및 제어기술, 달 궤도 진입기술이 필요하다. 한국항공우주연구원은 경량화 설계를 적용한 궤도선 개발 기술, 대용량 추진시스템 기술, 달까지의 항행 기술과 지구와 달의 거리에 따른 신호감도 저하 극복을 위해 궤도선 추적과 통신이 가능한 대형 심우주 안테나 구축 등 심우주통신 기술을 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 미국 NASA는 심우주 통신, 항행 기술을 지원․협력하고 있다. 한국항공우주연구원은 경량화 설계를 적용해 시험용 달 궤도선의 탑재컴퓨터/전력제어장치/전력분배장치/탑재자료처리장치/하니스 등 전장품에 대한 경량화(80kg이상→ 50kg 수준)와 신호/전원 분배시스템의 저전력화(110W → 65W급)를 하였으며, 달 궤도 진입에 필요한 30N급(4기) 대용량 고추력 추진시스템 국산화하였다. 기존 위성 자세제어용 추력기는 5N급이었다. 또한, 심우주통신용 고출력 송신, 고이득 안테나, 저잡음 수신기 등 달까지 통신거리 확장을 위한 대형 안테나(35m) 시스템을 개발하고 있다.

달궤도 탐사 소요기술

달궤도 탐사 소요기술을 구분지어 세부적으로 설명한 표입니다.
구분 세부내용
본체
  • - 본체 시스템
  • - 항법 및 유도제어(자율항법 및 자세제어기술, 레이저 또는 마이크로파 고도체 설계기술)
  • - 전력계
  • - 구조계(경량화 설계, 추진계 장착, 추진계 분리매커니즘)
  • - 열제어(달궤도/달표면 열해석기술, 능동형 고효율 열제어기술, 극한환경용 전장품 열설계)
  • - TC & R(장거리 통신)
  • - 추진계(추진계 개발)
  • - FSW
임무/시스템
  • - 시스템 개념 검토
  • - 시스템 운영개념
  • - 임무분석(달과학 임무관련 달 특성, 탑재체, 착륙지 선정)
  • - 궤도분석/최적화
  • - 발사체 접속
  • - 총 조립
탑재체
  • - 과학탑재체 및 기술시험 탑재체
  • - INL 탑재체
ILN
  • - 통신 WG(주파수 선정, 통신 프로토콜)
지상국
  • - 대형안테나 개발
  • - 달임무 운영 SW 개발
  • - 달 임무운영
시험용 달 궤도선(KPLO)은 2022년 8월 미국의 스페이스 X사의 팰컨 9 발사체에 실려 발사될 예정이다. 발사 후 시험용 달 궤도선(KPLO)은 태양과 지구 등 주변 천체 중력을 활용해 달 궤도에 접근하는 달 궤도 전이방식(BLT/WSB)을 이용해 달로 향하게 된다. 시험용 달 궤도선(KPLO)은 달 궤도에 진입 후 초기 시험을 거친 뒤 달 표면 촬영을 시작할 예정이다. 시험용 달궤도선(KPLO) 발사는 당초 2020년 12월 발사에서 2022년 8월 발사로 연기되었으며 예산은 당초 1,978억 원에서 355억 원이 증가한 총 2,333억 원이다. 한편 한국항공우주연구원은 2단계 달 착륙 탐사를 위한 선행연구로 심우주 인터넷 프로토콜 설계, 착륙장치 설계 및 착륙기술 개발, 달 탐사 로버 및 원자력전지 등 달 착륙선 관련 기술을 개발하고 있다.
  • 총 중량약 678kg (1.82m×2.14m×2.29m)
  • 임무수명1년
  • 운용궤도달 상공 100km 원 궤도, 경사각 90도
  • 탑재체6기(NASA ShadowCam 포함)
  • 발사일2022년 8월 예정(스페이스X Falcon9)
달탐사_시험용-달-궤도선

02시험용 달 궤도선(KPLO) 탑재체

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국내 연구기관 및 NASA와 6기 탑재체 개발

시험용 달 궤도선(KPLO)에는 총 6기의 탑재체가 탑재된다. 한국항공우주연구원을 비롯한 국내 대학과 연구기관에서 개발한 탑재체 5기와 미국의 NASA 탑재체 1기가 탑재된다. 국내 대학과 연구기관에서는 달 착륙선 착륙 후보지를 탐색할 고해상도 카메라와 달 표면 입자 및 우주선의 영향을 분석하기 위해 달 표면 편광영상을 촬영할 광시야 편광 카메라, 달의 생성 원인 및 과정을 연구하기 위해 달 주변의 자기장 세기를 측정할 달 자기장 측정기, 달 표면의 자원탐사를 위해 감마선 분광을 측정할 한국지질자원연구원에서는 달 표면을 이루는 원소의 성분과 분포 양상을 알 수 있는 감마선 분광기를 개발 중이며, 한국항공우주연구원은 한국형 달 탐사선이 착륙할 수 있는 후보지를 촬영할 수 있는 5m급의 고해상도 카메라를 개발한다.
한국천문연구원에서 개발 중인 광시야 편광 카메라는 달 전체 표면의 영상을 찍을 수 있는 기기로, 극지방을 제외한 지역의 편광 이미지를 촬영할 계획이다. 또 이미지를 이용해 달 탐사선의 착륙 후보지를 정하고, 달 표면의 물질의 종류와 입자 크기를 조사하게 된다. 경희대학교는 달 표면에서 100Km 상공까지의 자기력을 측정할 자력계인 달 자기장 측정기를 개발한다. 감마선 분광기는 달 표면을 이루는 원소의 성분과 분포 양상을 알 수 있다. 한국지질자원연구원에서 개발 중이다. 한국전자통신연구원은 지연-내성 네트워크를 시험하는 우주 인터넷 시험 장비를 개발하고 있다. NASA의 섀도우캠은 물에 대한 증거를 찾기 위해 달 표면에서 영구적으로 그림자가 있는 지역의 반사율을 지도로 나타낼 예정이다.

03KPLO 달 진입 궤도

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BLT/WSB 방식으로 달에 간다

달에 가는 궤도는 크게 직접천이(Direct Transfer), 3.5 전이궤도(3.5 Phasing Loop Transfer), 달 전이궤도(BLT, Ballastic Lunar Transfer) 궤도 등이 있다. 아폴로 프로그램 등에서 사용된 직접천이 방식은 약 5일 이내의 시간이 소요되는 방법으로 지구 발사 후 직접 달에 도착한다. 인도의 찬드라얀 프로그램에서 사용한 3.5 전이궤도는 지구 근처를 긴 타원궤도로 몇 차례 공전한 후에 달 궤도에 진입하는 방식이다. BLT/WSB 방식은 지구-태양 간의 L1 라그랑지점까지 비행하는 방법으로 탐사선의 연료 소모량을 최소로 사용하기 위해서 고안됐다.
KPLO는 발사 후 타원궤도인 전이궤도(Transfer Orbit)에 들어간 뒤 발사체와 분리된다. 이어 태양전지판이 태양을 바라보도록 한 뒤 태양전지판의 완전 전개가 자동으로 수행된다. 이어 전이궤도에서 표류궤도로 진입하기 위해 액체원지점엔진(LAE)분사에 의한 궤도 상승 과정을 밟는다. 위성이 자세를 잡게 되면 총 5번의 엔진 분사를 통해 타원궤도에서 원궤도(표류궤도)로 상승한다. 그런 다음 위성에 장착된 별 센서와 궤도정보를 이용해 임무를 수행하기 위한 지구지향 자세를 획득, 최종적으로 임무 자세를 잡는다.
  • BLT/WSB 방법지구-태양 간의 L1 라그랑지점(약 150만 km)까지 비행하여 TLI 기동(발사체가 제공)이 일반적으로 크지만 궤도에너지를 증가하여 달에 포획될 때의 속도 증분(ΔV)을 약 25% 정도 감소시킬 수 있는 궤적으로 탐사선의 연료 소모량을 최소로 사용하기 위해서 고안된 방법.
시험용 달 궤도선의 달로 가는 여정 전이궤적 설계결과
태극문양 형태의 전이궤적 설계결과
궤적 수정 기동(TCM) 위치(TBD)
달궤도투입전략(LOI Strategy)

04KPLO 지상국 및 관제시스템

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위성 운용 노하우 통해 국내 독자기술로 개발

시험용 달 궤도선(KPLO) 초기 운영에는 SSC(Swedish Space Corporation)의 네트워크 운영센터(Esrange)를 통해 이탈리아, 호주, 칠레, 미국 하와이 등 4개의 해외 지상국과 24시간 교신이 가능하다. 해외 지상국 네트워크 운영센터와의 원격 운용은 한국항공우주연구원 위성운영센터에서 수행한다. 시험용 달 궤도선(KPLO) 발사 및 초기운영 이후 궤도상시험(발사 2주 후)부터는 국내 지상국을 운영할 예정이다. 시험용 달 궤도선(KPLO) 지상시스템은 저궤도 위성 운용을 통한 확보한 기술과 전문 인력을 통해 개발하게 된다. 지상시스템은 위성과 지상 간 통신 및 영상의 수신·방송을 담당하는 송수신서브시스템, 위성 운영 및 관제를 위해 실시간 운영서브시스템, 임무계획서브시스템과 비행역학서브시스템 등의 관제시스템, 탑재체 영상의 실시간 수신·처리·배포를 위한 자료전처리시스템, 전체 지상시스템의 통합모니터링 서브시스템으로 구성된다.
  • 지상시스템 구성송수신서브시스템, 관제시스템, 자료전처리시스템, 통합모니터링 서브시스템
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