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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.첫발 내딛은 한국 달 탐사
우리나라도 그동안 확보한 우주기술 역량을 바탕으로 우주탐사 계획을 추진하고 있다. 한국항공우주연구원은 우주탐사 기술 확보 및 검증을 위한 국제협력 기반의 첫 달탐사선인 다누리(KPLO, Korea Pathfinder Lunar Orbiter)를 2022년 8월 5일 발사했고, 12월 26일 달 임무궤도(달 상공 100km 원궤도) 진입에 성공했다. 다누리는 정상적으로 달 탐사임무를 수행중이며, 우수한 관측결과와 연료량의 여유를 고려해 임무운영기간을 당초 2023년 말에서 2025년 말까지로 2년 연장했다.
향후 우리나라는 누리호 후속 발사체인 차세대발사체를 개발해 2032년까지 달 착륙선을 실어 보낼 계획이다.
2022년 8월 5일 달을 향한 여정을 시작하다
대한민국 첫 달탐사선인 다누리(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. 다누리(KPLO)은 가로, 세로, 높이 각각 1.82m, 2.14m, 2.29m 크기의 본체와 6개 탑재체로 구성된다. 다누리(KPLO) 개발의 주요 사업내용은 다누리 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
다누리(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 다누리의 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 심우주 안테나(35m)를 여주에 구축하였다.달궤도 탐사 소요기술
| 구분 | 세부내용 |
|---|---|
| 본체 |
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| 임무/시스템 |
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| 탑재체 |
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| ILN |
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| 지상국 |
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- 총 중량약 678kg (1.82m×2.14m×2.29m)
- 임무수명3년
- 운용궤도달 상공 100km 원 궤도
- 탑재체6기
- 발사일2022년 8월 5일
- 임무궤도 진입 2022년 12월 26일
| 탑재체 | 제원 | 목표 | 개발 |
|---|---|---|---|
고해상도카메라
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항우연 |
| 광시야편광 카메라 
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천문연 |
자기장측정기
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경희대 |
감마선분광기
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지자연 |
우주인터넷
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ETRI |
섀도우캠
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NASA |
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.
위성 운용 노하우 통해 국내 독자기술로 개발
다누리(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. 다누리(KPLO) 발사 및 초기운영 이후 궤도상시험(발사 2주 후)부터는 국내 지상국을 운영할 예정이다. 다누리(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
