무게 늘어나면서 BLT 궤적·스페이스X 로켓 이용
2022년 8월, 한국 최초의 달 탐사 궤도선이 미국 플로리다주 케이프 커네버럴 공군기지에서 발사된다.
한국항공우주연구원(KARI)은 25일 오전 10시, 한국과학기자협회 주최로 온라인으로 열린 ‘항공우주과학 아카데미’를 통해 달 탐사 궤도선 KPLO의 개발 현황과 향후 일정을 발표했다. KARI는 “달 궤도 전이 방식(BLT/WSB)으로 KPLO를 발사할 계획”이라며 “발사 예정일을 2022년 8월 1일로 정했다”고 밝혔다.
정부는 ‘2030년 달착륙선 발사 프로젝트’의 첫 단계로 2022년까지 달 궤도선 KPLO을 만들어 발사할 계획이다. 달 궤도선은 달 주위를 낮은 궤도로 돌며 지형관측, 착륙 지점 정보 수집, 우주 인터넷 기술 검증 실험 등을 하는 탐사선으로 KPLO는 1년 이상 달의 지상과 대기를 탐사하게 된다.
달 궤도선은 일반적인 지구 저궤도 인공위성보다 2400배 먼 거리를 이동해야 하기 때문에 통신 등이 어려워 고난이도 기술로 평가받는다. 이 때문에 발사 시점은 당초 예정했던 2018년에서 두 차례 미뤄지면서 2022년으로 정해졌다.
KARI는 이날 발표에서 “지난해 말까지는 설계상의 문제로 발사 시점을 장담할 수 없었다”고 말했다. KPLO가 처음으로 설계됐던 2008년 목표 무게는 550kg으로 국산 로켓에 실어 발사할 계획이었다.
하지만 성능을 보강하고 탐사에 필요한 기기들이 탑재하면서 KPLO의 중량은 678kg까지 증가했다. 결국 국산 로켓 대신 추력이 좋은 스페이스X 팰컨9을 빌리기로 하면서 무게로 인한 문제점을 해결했다 KARI는 “이스라엘 탐사선이 555kg까지 경량화한 사례가 있다”며 “당초 계획한 550kg를 구현하는 것이 불가능한 건 아니지만 KPLO는 개발 초기의 설계 단계에서 적절치 못했던 부분이 있어 무게를 더 줄이기는 힘들었다”고 말했다.
무게가 늘어나면 연료 소모도 많아져 달 궤도 도달 후 임무기간도 줄어들게 된다. 탐사선 자체에 틀어가는 연료가 늘어날수록 탐사에 사용할 수 있는 연료는 줄어들기 때문이다. KPLO는 원래 지구 주변을 여러 바퀴 돌며 점점 큰 원을 그리다가 달의 중력장에 끌려들어가는 ‘위상고리’ 궤적을 적용할 계획이었다. 하지만 증량을 인한 연료 소모량이 많아 1년 이상 임무를 수행할 수 없다고 판단되자 이번 사업에 참여한 미국 항공우주국(NASA)은 더 효율적인 궤적으로 바꿔야 한다는 의견을 제시했다.
결국 지난해 12월, KARI는 KPLO의 궤적을 태극문양과 유사한 BLT 궤적으로 수정해 무게와 연료 문제를 해결했다. 위상고리 궤적이 달 중력에 도움을 받는다면 BLT 궤적은 달과 태양 중력의 도움을 함께 받아 연료 소모를 줄일 수 있다.
보통 연료를 줄이기 위해 궤적을 바꾸면 달에 도달하는데 까지 소요되는 시간이 늘어나지만 BLT 궤적은 태양의 중력을 이용해 지연 시간을 최소화한다. KARI는 “궤적 변경을 통해 8개월 더 길게 임무 수행을 할 수 있을 것”이라며 “지난 6월, NASA도 이 궤적의 효율성을 검토하면서 매우 좋다고 평가했다"고 말했다.
KARI는 NASA, 스페이스X와의 협의를 거쳐 2022년 8월 1일, 늦어도 9월까지 KPLO를 발사해 12월 16일까지 달 궤도에 안착시키기로 했다. 2022년 12월 16일은 달이 보름간의 하지에 들어가는 날로 탐사를 위해서는 이날부터는 탐사를 시작해야 한다.
KPLO는 가로 1.8m·세로 2.1m·높이 2.3m 크기의 본체와 그 안에 들어가는 6개 탑재체로 구성된다. 탑재체는 NASA, 한국천문연구원, 한국지질연구원, 한국전자통신연구원, 경희대 등이 공동 참여해 제작한다. BLT 궤적이 지구 멀리까지 이동하는 만큼 안정적인 통신을 위해 국내 최초로 심우주지상국도 구축한다.
한국항공우주산업주식회사(KAI)가 다음달 까지 구조체 제작을 완료하고 오는 11월부터 내년 7월까지 각종 부품을 조립해 내년 11월부터는 발사를 위한 최종점검 등 마무리 작업을 진행할 계획이다.
