[아르테미스 달탐사] 심우주 유인 탐사의 초석이 될 아르테미스 프로그램의 이모저모

(톱스타뉴스 김명수 기자) 연합뉴스에 따르면 50여년만에 다시 달 표면에 인간을 내려놓기 위한 미국 항공우주국(NASA)의 유인 달 탐사 계획인 '아르테미스'(Artemis) 프로그램'이 16일(이하 미국 동부시간) 대장정의 첫발을 내디뎠다.

미국 플로리다주 케네디 우주센터에서 대형 로켓 '우주발사시스템'(SLS)에 실려 발사된 유인캡슐 오리온은 26일간에 걸쳐 달 궤도까지 무인 비행을 다녀오는 아르테미스Ⅰ 임무를 수행한다.

달은 물론 화성까지 이어질 심우주 유인 탐사의 초석이 될 아르테미스 프로그램의 이모저모와 인류의 달탐사 재개 의미 등을 문답 형식으로 정리했다.

-- 아르테미스 프로그램은?

▲ 달에 우주비행사를 착륙시키는 NASA의 달 복귀 계획이다.

우선 3단계로 진행되는 데 오늘 발사된 SLS는 그 첫 단계인 '아르테미스Ⅰ'의 시작이다.

아르테미스Ⅰ은 이번 발사가 사실상 첫 데뷔 비행인 SLS 로켓과 오리온 캡슐의 안전성과 기능을 검증하는 것이 주된 목적이다.

1단계 임무가 성공하면 2단계인 아르테미스Ⅱ에서는 2024년 우주비행사 4명을 태운 오리온 캡슐이 달 궤도를 돌아 지구로 귀환하는 유인비행이 시도된다.

이어 2025년이나 2026년에 3단계인 아르테미스Ⅲ가 진행되는데 우주비행사 4명 중 유색인종과 여성 등 2명이 달의 남극에 착륙해 일주일간 탐사활동을 벌인 뒤 이륙해 귀환하게 된다.
 
-- 이번엔 우주비행사가 탑승하지 않나?

▲그렇다. 대신 각종 센서를 장착한 3개의 마네킹이 타게 된다.

마네킹이지만 각각 이름이 붙여졌다. 오리온 캡슐용으로 개발된 우주복을 입은 채 사령관석에 앉는 마네킹은 '무네킹 캄포스'(Moonikin Campos)로 불린다.

'무네킹'은 달(Moon)과 마네킹(manikin)의 합성어다. '캄포스'는 산소탱크가 폭발한 아폴로 13호의 무사귀환을 도운 NASA 매니저 아르투로 캄포스에게 경의를 표하는 뜻으로 공모를 통해 선정된 이름이다.

이 마네킹이 입은 우주복엔 방사능 측정 센서가 달렸고, 좌석에도 우주선의 가속과 진동 등을 측정하는 센서가 부착됐다.

'헬가'(Helga)와 '조하르'(Zohar)란 이름의 상반신 마네킹은 여성의 뼈와 장기, 연조직 등을 모방한 물질로 만들어졌다. 5천600개의 센서와 34개의 방사능 검지기 등이 달렸고, 조하르는 '아스트로라드'(AstroRad)라는 방사선 차단 조끼도 착용하게 된다.

오리온 캡슐이 우주비행사를 우주방사선에서 충분히 보호할 수 있는지, 장기간의 우주비행이 인체에 미치는 영향은 어떠한지 등을 확인하는 것이다.

그런 까닭에 이번 무인 비행이 성공해야만 2024년 아르테미스Ⅱ를 통한 유인 비행을 거쳐 최초의 여성과 유색인종 우주비행사를 달에 착륙시키는 아르테미스Ⅲ 미션이 계획대로 추진될 수 있다.

아르테미스Ⅰ 오리온 캡슐에는 마네킹 외에 NASA 마스코트인 스누피 인형도 탑승했다.

-- 아르테미스로 이름 붙인 이유는?

▲NASA의 첫 유인 달탐사 계획의 이름은 1961∼1972년 아폴로였다. 널리 알려졌다시피 아폴로 11호를 타고 우주비행사가 1969년 처음으로 달에 착륙했다.

아르테미스는 그리스 신화의 태양신 아폴로의 쌍둥이 누이이자 달의 여신이다. 아폴로 계획의 후속임을 드러내는 동시에 여성 우주인이 처음으로 달 표면에 발을 딛는 사업이란 점을 강조한 작명인 셈이다.

아폴로 계획을 통해 달에 내린 우주비행사는 11년간 모두 12명이지만 모두 백인 남성이었다.

아르테미스 프로그램에 따라 2025년 달의 남극에 착륙하게 될 우주비행사 두 명은 남녀 각 한 명으로 구성되며 유색인종도 포함될 예정이다.

--아폴로 계획과 다른 점은?

▲단순히 우주비행사를 달에 보내고 기초적 탐사를 하는 게 목표였던 아폴로 계획과 달리, 아르테미스 계획은 달을 우주 유인탐사의 발판이자 전진기지로 삼겠다는 야심 찬 목표를 내세웠다.

아폴로 계획에 사용된 새턴Ⅴ를 넘어서는 역대 최강의 추력을 지닌 SLS 로켓으로 우주비행사 4∼6명을 태울 수 있는 우주선인 오리온 캡슐을 달에 보내고, 달 궤도에 '루나 게이트웨이'로 불릴 우주정거장을 건설한다는 계획이다.

달의 남극에 기지를 짓는 계획도 추진된다.

이런 우주정거장과 달 표면 기지가 확보되면 미국·소련의 우주 경쟁 속에 단발성 이벤트 성격이 강했던 아폴로 계획과 달리 '지속 가능한 달 탐사'가 가능해진다. 또 앞으로 화성과 태양계 외행성 유인탐사를 추진하는 데 필수적이라고 NASA는 강조한다.

아폴로 계획 때는 달 적도 부근에 착륙선이 내렸지만, 아르테미스 계획은 달의 남극 주변에 착륙하는 것을 목표로 삼는다는 것도 다르다.

-- 아르테미스Ⅰ의 일정과 역할은?

▲ 총 일정은 26일간이다.

일단 오리온 캡슐이 지구저궤도에 오르면 시스템을 점검하고 태양광 패널 등을 조정한 뒤 엔진을 점화해 달로 향하는 '달전이궤도'에 올라타게 된다.

이동 중에는 심우주에서 과학자료를 수집할 큐브샛 위성 10대도 설치한다.

발사 후 6일 차인 21일에는 달표면에서 100㎞ 떨어진 지점까지 접근해 중력도움 비행을 하며, 25일에는 달 자전방향과 반대인 달의 원거리 역행궤도(DRO)에 안착한다.

이 과정에서 오리온 캡슐은 지구에서 45만600km 떨어진 지점까지 도달해 1970년 아폴로 13호가 세운 기존 기록(40만170㎞)을 경신할 것으로 보인다.

오리온 캡슐은 이후 달 궤도를 돌며 임무를 수행하다가 12월 5일 달에 다시 근접하며 중력도움 비행을 할 예정이며 11일 낮 샌디에이고 연안 태평양 바다에 착수한다.

이번 임무는 아르테미스 계획의 핵심인 SLS 로켓과 오리온 캡슐의 기능과 안정성을 검증하는 것이며, 구체적으로는 달 궤도를 돌고 귀환하는 과정에서 항법장치와 태양전지 등이 제대로 작동하는지, 오리온 캡슐이 시속 3만9천400㎞로 지구 대기권에 진입했을 때 발생하는 고열을 견뎌낼 수 있는지 등을 확인하게 된다.

-- SLS 로켓은 뭔가?

▲ 길이 98.1ｍ로 32층 건물 높이에 달하는 SLS는 최대 추력이 880만 파운드에 달한다. 아폴로 미션을 수행한 새턴Ⅴ(110ｍ) 로켓보다 짧지만 최대 추력은 15% 더 향상돼 인류가 개발한 로켓 중 가장 강력한 로켓으로 꼽히고 있다.

당초 2016년 12월 전 첫 비행에 나설 예정이었으나 개발 지연으로 일정이 미뤄지면서 이제서야 첫 발사가 이뤄졌다.

SLS는 올해 4월 초 액화수소와 산소 연료를 실제 발사 때와 똑같이 주입하고 초읽기를 진행하는 최종 기능점검인 '비연소시험'(Wet Dress Rehearsal)에서 문제가 발생해 수리를 받기도 했다.

-- 유인 캡슐 오리온은?

▲ 정식 명칭은 오리온 다목적 유인우주선(Multi-Purpose Crew Vehicle)이다.

달과 소행성, 화성 탐사 등을 목적으로 개발됐으며, 1972년 마지막으로 달에 착륙한 아폴로 17호 이후 처음으로 지구저궤도(지상에서 최고 2천㎞)를 넘어 비행하도록 고안된 유인 우주선이다.

오리온의 본체는 기다란 원뿔형의 비상탈출장치(LAS), 원추형의 승무원 모듈, 추진력 등을 제공하는 서비스 모듈 순서로 구성된다.

우주비행사가 타는 사령선과, 생명유지 장비, 추진엔진 등이 실린 기계선이 합쳐진 구조인 아폴로 우주선과 비슷한 설계다.

우주비행사 4명이 탑승했을 때 추가보급 없이 21일간 우주에서 체류할 수 있는 수준의 성능을 지녔다.

-- 왜 NASA는 달에 주목하나?

▲ 달은 소행성과 행성으로 나아가는 교두보 역할을 하고, 자원이 풍부해 상당한 경제적 가치를 지니고 있다.

NASA는 궁극적으로는 달 상주를 추진 중이며 이를 전진기지 삼아 화성 유인 탐사도 이어간다는 계획을 세워놓고 있다.

1969년 닐 암스트롱 이후 12명의 우주비행사가 달 표면에 발을 디뎠지만 머문 시간은 사흘을 넘지 못했는데, 아르테미스 계획에선 최소 일주일간 체류하며 현지에서 물 등 필수자원을 추출하는 등의 시도를 하는 것도 이런 이유에서다.

우주 개발과 자원 확보를 둘러싼 경쟁이 벌어질 것에 대비한 측면도 있어 보인다.

실제, 중국과 러시아는 자체적으로 달 궤도에 우주정거장을 건설하기로 약속하는 등 아르테미스 계획을 주도하는 미국과 각을 세우는 모양새다.

--아르테미스 계획엔 한국도 참여했다는데?

▲ 현재 20여개국이 참여 중이다. 2020년 10월 미국 주도로 체결된 아르테미스 약정에는 일본, 영국, 호주, 캐나다, 이탈리아, 룩셈부르크, 아랍에미리트(UAE) 등 8개국이 참여했으나 이후 외연이 빠르게 확대됐다.

한국도 2021년 5월 아르테미스 협정에 서명해 10번째 참여국이 됐다.

지난 9월 5일 미국에서 발사된 한국 첫 달 탐사 궤도선 '다누리'(KPLO·Korea Pathfinder Lunar Orbiter)에 NASA가 개발한 '섀도캠'이 장착된 것도 이와 관련이 있다.

해당 장비는 아르테미스Ⅲ가 내릴 달 남극과 북극의 영구 음영지역을 초정밀 촬영해 얼음 등 다양한 물질의 존재 여부를 파악하는 역할을 할 예정이다.

김명수 기자

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