한국형 달 궤도선 ‘다누리’ 내달 발사… 성공적 궤적 수정이 관건

2016년부터 국내 기술로 독자 개발… 달 상공 100㎞ 궤도서 달 표면 관측
스페이스X ‘팰컨9’에 실려 5일 발사… 달로 직접 쏘지 않는 전이방식 채택
지구에서 최대 156만㎞ 까지 이동, 수차례 궤적 바꿔가며 달 궤도 안착

발사를 앞둔 다누리가 발사장 이송 전 최종 점검 작업을 받고 있다. 한국항공우주연구원 제공

국내 독자 개발 달 궤도선 ‘다누리’가 다음 달 5일 오전 8시 8분(한국 시간) 미국 플로리다주 케이프커내버럴 우주군 기지에서 미국 민간 우주기업 스페이스X의 팰컨9 로켓에 실려 발사된다. 2016년 1월부터 약 2367억 원이 투입돼 개발된 다누리는 올해 12월 16일 달 궤도에 도착하고 12월 31일 임무 궤도인 달 상공 100km에 안착 후 1년간 달 표면 관측, 우주인터넷 통신 시험 등에 나설 예정이다.

○ 지구에서 최대 156만 km 멀어졌다가 달 궤도 진입

다누리 개발 사업은 2016년부터 약 7년간 이뤄졌지만 국내 독자 기술로 진행하는 우주 탐사는 2007년 우주개발진흥기본계획 세부 로드맵에 명시된 후 15년 만이다.

다누리는 가로 1.82m, 세로 2.14m, 높이 2.19m로 소형차 크기에 무게 678kg이다. 고해상도 카메라(항우연 개발)와 광시야편광카메라(한국천문연구원 개발), 자기장측정기(경희대 개발), 감마선분광기(한국지질자원연구원 개발), 우주인터넷탑재체(ETRI 개발), 섀도캠(NASA 개발) 등 총 6개의 탑재체가 실리는 다누리의 무게는 사업 초기 550kg이었다.

그러나 탑재체 개발 과정에서 이 중량을 맞추기가 어려워져 2019년 9월 다누리 무게를 678kg으로 상향 조정하고 발사 일정을 연기했다. 무게가 늘어난 탓에 연료 소모를 아끼기 위해 달 궤도로 향하는 비행 궤적도 바꿨다. 지구와 달, 태양의 중력을 이용해 달 궤도에 진입시키는 ‘탄도형 달 전이 방식(BLT)’으로 변경해 지구와 달까지 거리인 약 38만4000km의 4배에 달하는 최대 156만 km 지점까지 비행했다 돌아오는 궤적이다. 직접 달로 향하는 방식에 비해 연료 소모량을 약 25% 줄일 수 있다는 게 장점이다.

○ 넉 달 반의 긴 여정… 관건은 ‘궤도 수정 기동’

다누리는 발사 후 40분간 250km 상공에서 궤도 비행을 한 뒤 탐사선과 로켓 분리로 발생한 추진력으로 BLT 궤적에 진입한다. 이후 태양과 지구의 중력이 균형을 이루는 ‘라그랑주L1’ 지점까지 비행한다. 이때 지구에서 최대 156만 km 지점까지 멀어지는 것이다.

다누리가 넉 달 반에 걸쳐 달 궤도에 진입하기 위해서는 몇 차례 중요한 관문을 통과해야 한다. 우선 발사 후 약 한 시간 뒤 첫 교신과 초기 점검이 이뤄지고 발사 24시간 뒤에는 보다 많은 용량의 데이터를 주고받는 ‘고이득 안테나’를 통한 교신을 시작해야 한다.

특히 BLT 궤적으로 비행하는 동안 진입 후 9번의 궤적 변경 기동이 제대로 이뤄져야 한다. BLT 궤적에 진입한 다누리는 태양과 지구, 달의 중력을 이용해 비행하지만 궤적을 이탈하지 않도록 하는 궤적 수정 기동이 필요하기 때문이다. 달 궤도에 도착한 이후에도 5차례의 추가 기동을 통해 목표 궤도인 달 상공 100km 원궤도에 진입하는 게 최종 관문이다.

다누리의 핵심 임무는 2030년 발사 예정인 한국형 달 착륙선의 착륙 후보지를 탐색하는 것이다. 한국항공우주연구원이 개발한 고해상도 카메라 ‘루티’가 착륙 후보지 49곳의 약 90%에 달하는 44곳을 실제로 촬영해 착륙 가능성을 평가한다.

미 항공우주국의 ‘섀도캠’은 달 극지역의 충돌구 등 음영지역을 촬영한다. 한국천문연구원이 개발한 폴캠은 특정 방향으로만 진동하는 편광을 활용해 달 표면의 입자 크기나 티타늄 분포를 확인한다. 지구에서 보이지 않는 달 뒷면의 입자 크기와 티타늄 분포를 조사하는 것은 처음이다.

김민수 동아사이언스 기자 reborn@donga.com