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우리도 이제 달 탐사한다... 자체 제작한 ‘다누리’
우리도 이제 달 탐사한다... 자체 제작한 ‘다누리’
  • 유만선
  • 승인 2022.09.08 08:59
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유만선의 ‘공학자가 본 세상’ ⑮

“이것은 한 인간에게는 작은 발걸음이지만 인류에게는 위대한 도약이다.” 1969년 전 세계에 울려 퍼진 닐 암스트롱의 이 말이 현재까지도 많은 사람들에게 울림을 주는 이유는 말 자체의 ‘뛰어난 수사’나 말한 ‘인물의 위대함’보다는 말을 한 ‘장소의 특수성’에 있었다. 전송된 메시지가 지구가 아닌 다른 천체, 바로 ‘달’ 위에서 보내졌기 때문이다. 

현재까지도 77억 명이 넘는 지구인들 중 달에 방문한 인간의 수가 12명에 불과하다 보니 ‘달’이라는 장소의 특별함은 관계된 사람들과 그들의 말에 큰 가치를 부여하고 있다. 이렇듯 ‘달’은 매일 밤 하늘에 떠올라 손에 잡힐 듯 가까운 느낌이지만 다다르기에는 아직 멀고 희귀한 존재로 아직 남아있다.

 

지난달 5일 발사된 다누리가 발사장 이송 전 최종 점검 작업을 수행 중이다. 사진=한국항공우주연구원

한편, 지난 5일 오전 8시 8분(한국시각), 한국에서 제작한 최초의 달 궤도 탐사선 ‘다누리’가 미국 플로리다 주 케이프 커내버럴 우주군 기지 발사장에서 미국의 민간 우주개발사인 ‘스페이스X’의 주력로켓인 ‘팰컨9(Falcon9)’에 실려 발사됐다. 로켓은 발사 후, 1단 엔진 분리, 2단 엔진 점화, 페어링 분리, 2단 엔진 정지 및 재점화의 단계를 거쳐 발사 약 44분 후에 다누리를 달로 가는 궤적에 올려놓았다. 비록 앞서 언급한 인간을 달에 올려놓는 정도의 사건은 아니지만 다른 나라가 아닌 우리가 직접 만든 탐사선을 달로 보내는 것이니만큼 국민들에게 뿌듯함을 주기에 충분했다.

달탐사선은 달 궤도를 도는 ‘인공위성’과 같으며 인공위성은 몸체에 해당하는 ‘버스(bus)’와 ‘탑재체(payload)’로 구분된다. 버스는 다시 구조계, 전력계, 자세제어계, 추진계, 열제어계, 원격측정 및 명령계로 구분된다. 

 

태양광과 원자력이 에너지원

탐사선의 구조계에는 탐사선에 걸리는 힘을 견딜 수 있으면서도 되도록 가벼운 구조물(몸체)을 설계, 제작하는 기술이 적용된다. 다누리는 약 2미터 입방체 모양의 몸체를 지니고 있으며, 태양광 집광판을 폈을 때는 폭이 약 6미터까지 늘어나는 몸체를 갖고 있다. 전력계는 탐사선에 필요한 에너지를 공급하는 역할을 맡게 되며, 에너지원으로는 태양광이나 원자력 등이 쓰인다. 다누리에는 태양광이 에너지원으로 쓰였으며, 최근 누리호 발사에 탑재되어 성공적으로 시험된 방사성 동위원소전지가 또 다른 탐사선의 에너지원 중 하나이다. 

또한, 탐사선이 제 기능을 하기 위해서는 위치를 임의로 조종할 수 있어야 하는데 이 때 필요한 것이 자세제어계 및 추진계이다. 자세제어는 탐사선이 가속이나 감속을 하지 않은 상태에서 자체적으로 회전하여 목적에 맞게 방향을 바꾸도록 돕는 시스템인데 ‘리액션 휠(reaction wheel)’이라 불리는 빠르게 회전하는 바퀴들의 회전관성을 이용하여 이를 실행한다. 추진계에는 탐사선의 회전이 아닌 몸체의 가속이나 감속을 위해서 추력기라 불리는 조그만 로켓이 포함된다. ‘다누리’의 경우, 지구궤도를 도는 위성과 달리 달까지 이동하는 과정에서나 달에 도착해서 속도나 방향을 바꿔야 하는 경우가 많기 때문에 기존보다 강한 힘을 낼 수 있는 30N(뉴턴)급 추력기 4개가 추진계에 사용됐다. 

한편, 공기가 없는 우주에서는 탐사선에서 발생하는 열을 효과적으로 제거해 줄 방법이 없으며, 태양을 바라보는 면과 그 반대면 사이의 온도차가 매우 크게 벌어져 몸체에 악영향을 끼칠 수 있다. 이에 탐사선 몸체 내 뜨거운 부분과 찬 부분 사이에 열교환이 일어날 수 있도록 서로 연결해 주는 열제어계가 필요하다. 마지막으로 탐사선에서 지구로 또 지구에서 탐사선으로 필요한 정보를 주고받을 수 있는 통신기능 또한 필수적이며 이를 원격측정 및 명령계라 부른다.

이렇게 우주에서 생존할 수 있는 튼튼한 탐사선을 만들고 나면, 이제 보내는 목적에 맞는 각종 장비들을 탐사선에 실어야 하는데 이를 탑재체라 한다. 다누리에는 총 6개의 탑재체가 탑재되었는데 고해상도 카메라, 광시야 편광카메라, 자기장 측정기, 감마선 분광기, 우주인터넷 시험장치 및 섀도우캠들이다. 특히, 달 자원탐색을 위해 편광카메라나 분광기를 사용하여 달을 관측하고, 신호의 지연이나 두절 등 우주에서의 통신한계를 극복하기 위한 우주인터넷 시험 등이 우리가 만든 탑재체를 통해 진행될 예정이다. 또한, 달의 어두운 지역을 촬영할 수 있는 섀도우캠이 미국 나사(NASA)에 의해 제작되어 탑재되었으며, 획득된 정보는 다음에 있을 미국의 새로운 유인달탐사 계획인 아르테미스 프로젝트를 위해 쓰일 것이다.

로켓의 힘으로 지구를 탈출하여 아직 한창 우주를 여행하고 있는 다누리는 오는 12월에 달궤도에 안착하여 임무를 수행할 예정이다. 우리나라의 첫 외계 천체 탐사 프로그램이니만큼 부디 제 역할을 다 해 눈이 오는 계절, 우리 국민들의 맘속에 기쁨을 선사해 주기를 기대한다.

 

 

 

유만선
국립과천과학관 연구관


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