우주로 나아가려는 인간의 도전, 달탐사 프로젝트!
하늘을 보면 낮엔 해, 밤엔 달과 별 등을 볼 수 있습니다. 초저녁에 또는 아침에도 볼 수 있는 달을 밤하늘에서 보면 그 어떤 별보다 밤하늘을 밝힙니다. 달은 매일 매일 조금씩 그 모양을 달리하면서 뜨는데, 뜨는 시간, 지는 시간도 달리하면서 하루하루 떴다 집니다. 꼭 해와 낮과 밤의 일을 나누어 하는 것처럼.
우리 민족은 일 년의 첫 달인 정월에 대보름을 맞이하여 소원을 빌었고, 추석이 팔월대보름에도 달을 보며 소원을 빌었습니다. 우리에게 달은 익숙한 친구와 같죠. 아주 멀리 있는 달을 보며 토끼가 떡방아를 찧는다는 등 수많은 상상을 해왔고 과학기술의 발달로 사람이 살고 있지 않은 달에 다녀온 후 우주로 나아가려는 인간의 도전은 계속되고 있습니다.
물론 우주에 가고 싶어 하는 사람들의 도전이 쉽지는 않지만 수많은 실험을 통한 시도를 해왔고 그 만큼 실패를 거듭하면서 한 걸음씩 기술이 발전하면서 성큼성큼 우주로 나아가게 되었습니다.
달 탐사를 목적으로 먼저 뛰어든 두 나라는 미국과 러시아인데, 이 두 나라의 치열한 경쟁이 우주과학기술을 발전시켰다고 볼 수 있습니다. 미국은 지금보다 50년 이상 지난 때인 1958년에 ‘머큐리 계획’이라는 우주선 계획으로 세계를 깜짝 놀라게 했습니다. 이 뉴스를 접한 러시아는 미국을 따라잡기 위해 발 빠른 움직임으로 인류 최초의 우주 탐사를 먼저 다녀왔죠. 1961년 4월 21일 유리 가가린이라는 러시아의 공군 대위가 우주에서 지구를 바라보며 “지구는 푸른 빛이다.”라는 말을 전한 것이에요. 가가린은 러시아의 우주 영웅이 된 것입니다. 인간이 우주로 발걸음을 옮길 수 있다는 것을 증명한 기쁜 소식이었습니다.
미국은 러시아의 우주를 향한 노력의 결실을 본 지 8년이 지나 달에 착륙한 우주선을 보는 성공을 거두었습니다. 1969년 7월 12일이었다. 미국의 닐 암스트롱은 아폴로 11호를 타고 달에 첫 발을 디딘 역사적인 인물이 되었습니다.
21세기(2000년~2100년)에 들어서면서 달 탐사 프로젝트는 더 많은 나라의 큰 바람이 되었습니다. 미국, 러시아, 유럽, 일본, 중국, 인도까지 계속되는 프로젝트를 추진하고 있습니다. 지금도 달을 관찰하는 위성에서 보내주는 다양한 정보를 통해서 달에서 사람이 살 수 있는지 연구하고 있죠. 특별히, 달에 얼음이 있다는 것을 발견한 이후 우주 기지로서 달을 활용할 수 있을 거라는 확신을 갖게 되었습니다. 얼음을 녹이면 물을 만들어서 인간이 마실 수 있다는 생각을 한 것이에요. 또, 물을 분해하면 산소를 만들 수도 있는데, 인간이 숨을 쉬고 살 수 있게 되는 것이죠. 물에서 얻은 수소는 로켓의 연료를 만들 수 도 있어서 달은 점점 가능성이 보이는 우주 개발의 청신호라 할 수 있습니다.
달은 다른 천체에 비해 지구에서 가장 가깝기 때문에 달기지 설치의 희망을 갖게 합니다. 달에 기지를 건설하면 달에서 우주선을 발사하는데 유리합니다. 달은 지구보다 중력이 약하기 때문이죠. 달 기지를 발판으로 해서 더 먼 우주로 진출할 수 있는 핵심 기지가 되는 것입니다. 또 달의 풍부한 자원은 지구의 고갈돼가는 자원을 대체할 것으로도 주목 받고 있습니다.
최근 미국은 2025년경 달 기지를 세워 자원을 발굴하려고 준비하고 있습니다. 2020년 까지 달에 기지를 마련해서 2030년에 화성에 유인 우주선을 보내겠다는 것이죠. 2007년 중국의 ‘창어 1호’의 임무가운데 달에서 14종의 광물 원소를 찾아내는 것이었습니다. 2008년 인도의 ‘챤드라얀 1호’는 헬륨3을 찾아 나섰습니다. 헬륨3를 통해서 미국이 1년 동안이나 쓸 전기를 만들어낼 수 있다고 하니 놀라울 뿐입니다. 일본은 ‘셀레네’라는 달 탐사 계획을 추진하고 있어요.
우리나라도 달에 대한 연구에 열심을 내고 있는데, 지난해 11월에 달 탐사선 지상모델 시험에 성공 하였습니다. 전남 고흥항공센터에서 진행된 이번 지상시험은 나로호 상단 고체로켓모터의 연소성능시험을 위해 활용된 기반시설 및 장비를 재활용해 이뤄졌습니다. 2020년대 자력 달 탐사의 핵심기술을 개발한 것입니다.
한국항공우주연구원은 2010년 초부터 “달 탐사선 개념설계 및 달 탐사 핵심기술연구”를 추진해 오고 있으며, 200N급 추력기로 구성된 대용량 추진계와 달 착륙 제어시스템, 달 환경 가상현실 3차원 시뮬레이터 등을 연구해 왔습니다.
이번 시험의 주요목적은 시뮬레이터를 활용하여 달 환경 상황을 가정하고, 시험용 구조플랫폼에 달 탐사선 시험모델을 설치하여 달 탐사선의 추력성능 및 달 착륙 제어성능을 점검하는 것이었습니다.
2011년 말에 수정된 제2차 우주 개발 진흥 기본계획에 따르면 우리나라는 2023년에 달 궤도선, 2025년에 달착륙선을 한국형발사체에 탑재하여 달로 보내는 달 탐사 계획이 예정되어 있습니다.
본 기본계획에서는 달 탐사 계획의 구체적 실현방안으로 2016년까지 우주탐사 시대에 대비한 선행적 우주기초 연구를 진행하여, 궤도탐사선 기반기술을 확보하는 것을 제시하고 있습니다.
현재 한국항공우주연구원에서 진행 중인 달 탐사 연구도 제2차 우주 개발 진흥기본계획에서 제시한 우주탐사 시대에 대비한 연구로 진행되고 있습니다.
이번에 시험한 달 탐사선 지상시험용 모델은 달 환경에서 약 100kg을 들어 올릴 수 있는 200N 급 대용량 추력기 5기와 자세제어용 5N급 추력기, 밸브제어장치, 착륙제어 컴퓨터 및 소프트웨어로 구성되어 있습니다.
[참고]
※ N(newton) : MKS(미터-킬로그램-초) 단위계에서 힘을 나타내는 절대단위로, 지구중력장에서 1kg의 물체에 작용하는 중력의 크기는 약10N입니다.
※ 200N급 5기의 추력기를 사용하면 1000N의 추력의 생성이 가능하므로 이는 100kg 중량의 물체를 들어 올릴 수 있는 힘에 해당합니다.
해외 달 탐사선이 촬영한 달 지도를 바탕으로 달 환경을 구축, 달 탐사선의 착륙을 3차원 가상현실로 구현하는 시뮬레이터와 연동하여 연소시험 데이터만으로도 달 탐사선의 운동을 확인할 수 있습니다.
또한 향후 달 탐사선이 탑재될 한국형발사체의 페어링 사양과 발사성능을 고려하여 550kg 내외의 중소형급 위성체로 디자인 형상과 성능을 설계하였습니다.
앞으로 계속되는 연구를 통하여 일부 설계 및 성능개선을 통하여 실제 달 탐사에 곧바로 적용될 수 있는 것이 특징입니다.
성공적 달 탐사선 개발을 위해서는 향후 대용량 추력기 기술, 달 임무 설계기술, 달 유도 항법기술, 달 착륙기술, 심우주통신기술, 달 환경 모사 및 분석기술 등이 뒷받침되어야 합니다.
이번 시험은 달 궤도선 및 착륙선에 장착될 추진시스템의 추력성능과 착륙제어성능을 확인함으로써, 향후 한국형 달 탐사계획의 성공적인 추진을 위한 초석을 놓았다는 점에 큰 의미가 있습니다.
글 : 김병영 교사(서울송천초등학교)