다누리 달 탐사선 궤도와 다누리 궤도 추적, 달 탐사 목적!!

다누리 달 탐사선은 현재 계획한 궤도대로 순항하고 있는 것으로 확인되고 있습니다. 오는 12월 31일 목표한 임무 궤도에 안착한다면 내년부터 달 착륙선 후보지 물색 등 달 탐사 임무를 1년간 수행할 수 있을 전망입니다.

 

지난 5일 달 탐사를 위한 항행을 시작한 국내 첫 달탐사선 다누리호가 우주 상공 어디에 있는지 국민 누구나 언제든 실시간으로 위지를 확인할 수 있는데요, 다누리 달 탐사선의 목표는 뚜렷합니다. 바로 달에 있는 광물 자원 탐사인데요, 알려진 바로는 지구에 있는 인구 70억 명이 1만 년 정도를 쓸 수 있는 자원이 매장 괸 것으로 예측되고 있습니다.

 

우선 다누리 달 탐사선은 지난 7월 5일 발사되서 지구·태양·달 등의 중력 특성을 이용하는 탄도형 전이 방식(Ballistic Lunar Transfer·BLT) 궤도에 따라 달로 향하게 됩니다. BLT 방식을 사용하면 탐사선이 달까지 도착하는 데 약 4.5개월 소요됩니다. 비행시간이 길지만 다른 방식과 비교해 연료 소모량이 약 25% 적게 든다는 장점이 있습니다. 다누리는 이 때문에 지구와 태양 간의 라그랑주 점(두 천체의 중력이 균형을 이루는 지점) 중 하나인 L1 포인트(지구로부터 약 156만 km)를 들렀다 달에 도착합니다.

23일 한국항공우주연구원에 따르면 항우연은 지난 8일부터 홈페이지를 통해 다누리 현 위치, 속력, 지구로부터의 거리 등의 정보를 실시간으로 제공 중입니다. 궁금하시면 항우연 홈페이지에 접속해서 다누리 달 탐사선의 위치와 정상 궤도로 가고 있는지를 확인할 수 있습니다 22 오후 5시 기준 다누리는 지구로부터 약 113만 km 떨어진 곳에서 0.3km/s의 속도로 비행하고 하는 것으로 체크됐습니다.

다누리 달 탐사선 목표 괘도 사진

첫 번째 궤도 수동 기동은 지난 7일 성공적으로 이뤄졌으며 2차는 12일로 예정됐으나 수행되지 않았습니다. 1차 기동이 잘 되고 다누리가 설계한 궤도대로 잘 가고 있어서 2차 수동 기동은 하지 않았다고 항우연은 설명했습니다.

 

다음 달 9월 2일 예정된 3차 궤적 수정 기동은 라그랑주 포인트 L1에서 방향 조정이 이뤄지는데, 이때 비행 방향이 태양에서 달 쪽으로 전환됩니다. 지상국과의 교신 거리가 가장 멀어지고 궤도 오차가 커지면 태양 중력에 빨려 들어갈 수 있어서 다누리 궤도 수정 기동 가운데 가장 중요합니다. 

미국의 아폴로 달 탐사 당시 현지에서 촬영된 사진. 출처=NASA.

다누리는 달 임무 궤도에 안착하면 내년부터 하루 12회 공전하며 1년간(2023년 1~12월) 임무를 수행할 계획입니다. 탑재된 ▲고해상도 카메라(항우연) ▲광시야 편광 카메라(한국 천문연구원) ▲미국 항공우주국(NASA)이 개발한 섀도 캠 등 3종의 카메라와 ▲자기장 측정기(경희대) ▲감마선 분광기(한국지질자원연구원) 등 2종의 측정 장비로 최대한 달의 얼굴과 속살을 탐색하는 임무를 이행할 예정입니다. 특히 한국이 2030년대 초 달 착륙선을 보내기 위한 착륙 후보지를 물색과 감마선 측정기를 통해 작성될 달 표면 자원 지도를 만드는 것이최우선 목표입니다. 또 실린 우주 인터넷(한국전자통신연구원) 장비로는 세계 최초로 달 궤도에서 우주 인터넷을 검증하기로 했습니다.

미국이 국제 공동 우주 개발 협력을 통해 장기적인 달 기지 건설과 화성 개척을 염두에 두고 아르테미스 프로그램을 적극 추진하면서 국제 사회에선 이미 ‘곧 다가올 미래’로 여기고 있습니다. 미국의 달 기지 건설과 화성 개척 프로그램인 아르테미스  프로그램에 한국도 참여하고 있는 상태입니다.

미국의 아폴로  달 탐사 당시 촬영된 사진. 출처=NASA.

컴퓨터와 인터넷, 배터리, 우주 개발 등 첨단 산업이 발전할수록 희귀 자원은 국가의 최대 자산이 되고 있다. 세계 최강대국 미국에 맞서 패권 경쟁에 나선 중국의 가장 치명적인 무기가 전 세계 매장량의 80%를 차지하고 있는 희토류입니다. 또한 석탄, 석유등 주요 에너지ㆍ연료 자원들도 마찬가지입니다.

 

달 표토층에 약 110만 t(추정 채굴 가능량)이 매장돼 있을 것으로 추정되는 헬륨-3가 관심을 끌고 있습니다. 헬륨-3는 방사선 오염 물질이 발생하지 않는 핵융합 청정에너지원입니다. 인류의 안전한 미래를 위해 가치가 매우 높은 에너지 자원으로 꼽히고 있습니다. 달의 헬륨-3 매장량은 110만 t이다. 70억 지구인들이 약 1만 년 동안 쓸 수 있는 에너지를 제공해 줄 수 있을 것으로 분석되고 있습니다. 1t의 헬륨-3의 경제적 가치는 약 30억 달러로 예측됩니다. 미국 항공우주국(NASA)은 달의 헬륨-3을 채굴해 지구로 가져와서 발전소를 만들어 전력을 생산하게 되면 모든 비용을 감안해도 경제성이 82배 이상일 것으로 판단하고 있습니다.

한국의 첫 달 탐사 궤도선 다누리 상상도.

또 달의 표토층에 포함된 희토류들은 지구보다 상대적으로 농도가 높아 특정 희토류의 경우 지구에 가져와 사용할 수도 있습니다. 달의 바다에 집중적으로 분포돼 있는 것으로 알려진 티타늄이나 지구만큼이나 흔한 철광석 등은 달 현지에서 기지 구축 등을 위한 구조물 제작에 사용할 수 있을 전망입니다.

달 탐사선 다누리는 달 표면에서 측정되는 감마선 분광 스펙트럼을 분석해서 원소 지도를 만듭니다. 즉 원소마다 각기 특정한 에너지의 감마선이 방출되는 특성을 이용해 그 특정 감마선 에너지에 해당하는 영역을 조사해 달 전체의 원소 지도를 만들 예정입니다. 감마선은 우라늄(U), 토륨(Th) 등 자연방사선 원소에서 생성됩니다. 또 우주선(cosmic-ray)이 달 표면에 부딪히면 이때 달 표면 구성원소들과 반응해 이차 중성자들이 생성되는데 이들 중성자가 에너지가 큰 경우는 비탄성충돌 반응으로 그 주변원소들과 핵반응을 일으키게 되고 이 때 생성된 특정원소에 해당되는 감마선에너지가 방출됩니다. 만약 중성자의 에너지가 낮은 경우는 중성자 포획반응을 주변 원소들과 일으키면서 이 때 생성되는 특정 원소에 해당되는 감마선 에너지가 방출되기도 합니다. 이 3가지 모두에 해당하는 감마선은 달 궤도 100km 상공에서 측정이 가능하며 감마선 스펙트럼으로 측정이 됩니다.

아르테미스 달 탐사 상상도. 사진 출처=NASA

 

이를 통해서 달에 매장되어있는 광물 자원 등이 매장되거나 달 표면에서 채취할 가능성이 있는 부분을 찾는 것이며, 이것을 채굴하고 채취하기 위해서 달 기지를 건설하는 것이 미국이 국제 공동 우주 개발  아르테미스  프로그램에 핵심이며, 그 첫 계획인 달 표면 지도 완성을 한국의 달 탐사선 다누리호가 맡아서 할 계획인 것입니다.

현재 NASA는 인류의 두 번째 달 착륙을 준비하기 위해 오는 29일 아르테미스 1 미션(무인 달 궤도 왕복선 프로그램)을 추진하고 있습니다. 2025년 이후엔 유인 탐사인 아르테미스 3 미션이 진행됩니다. 2030년대부터는 달 기지 건설이 본격화되고, 화성 유인 탐사도 진행될 예정이 입니다. 우주 강국들은 너도 나도 화성 진출을 위해 일단 달에서 생존하고 자원을 확보하는 기술 개발을 시작했습니다. 김 책임연구원은 "이 시점에 우리가 선도적으로 이 대열에 끼지 않으면 우리의 몫(역할)을 할 수 있는 기회를 놓칠 수 있다"면서 "우주 자원 개발에 선도할 수 있도록 산학연이 힘을 모으고 정부가 주도적인 역할을 해야 한다"라고 지적했습니다.