국내 최초 달 탐사선 다누리 발사, 전이궤도 진입 성공 (명칭 공모 , 제작 및 발사 과정, BLT 전이 궤도란?)

국내 최초 달 탐사선 다누리 발사, 전이 궤도 진입 성공 (명칭 공모 , 제작 및 발사 과정, BLT 전이 궤도란?)

다누리호 발사 모습

올해 6월 21일 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)의 성공에 이어 8월 5일 오전 8시 8분(미국 동부시간 4일 오후 7시 8분께)에 한국 첫 달 탐사 궤도선 '다누리'(KPLO·Korea Pathfinder Lunar Orbiter)의 발사도 성공적으로 이루어졌다.  다누리(KPLO)는 미국 케이프커내버럴 공군기지에서 미국의 민간 우주개발업체 스페이스 X의 로켓 팰컨 9에 실려 발사되었다. 

 

달 궤도선은 달 상공을 돌면서 달의 표면을 관측하는 것을 주 임무로 하는 인공위성을 말한다.  현재까지 미국, 러시아, 일본, 인도, 유럽, 중국이 달 탐사에 성공했고, 이번 다누리 발사의 성공으로 연말까지 목표궤도에 잘 안착하면 한국이 7번째 달 탐사국 지위에 오르게 된다.

 

'다누리' 이름은 어떻게?

'다누리'는 과학기술정보통신부가 달 탐사선 명칭 공모전을 통해 선정한 이름이다. 과학기술정보통신부는 2022년 4월 국민 공모를 통해 다가온, 다누리, 다래온, 다산, 달마루지, 달마루, 달수리, 미리온, 별마루, 최순달 등 10개의 후보를 두고 국민 선호도 조사 및 전문가 평가 등을 거쳐 5월에 달 탐사선 명칭을 '다누리'로 결정했다. 

 

다누리는 순우리말 '달'과 '누리다'의 '누리'를 더해 만들어진 이름으로, 달의 모두를 누리고 오라는 마음과 한국 최초의 달 탐사가 성공하길 기원하는 의미를 담고 있다. 

 

'다누리'(KDLO) 달 탐사선 제작과정부터 발사까지..

다누리 개관
총 중량 : 678kg
크기(발사형상) : 2.14 x 1.82 x 2.29(m)
크기(궤도형상) : 3.18 x 6.3 x 2.67(m)
임무기간 : 1년 (2023년 1월 ~ 2023년 12월)
운영궤도 : 원형궤도(100 km x 100km)
전이궤도 : BLT(Ballistic Lunar Transfer)
임무 탑재체 6종 :
감마선 분광기, 우주인터넷탑재체, 영구음영지역카메라, 자기장측정기, 광시야편광 카메라, 고해상도 카메라

본 사업은 2014년 예비타당성조사를 통과하여 2016년~2018년까지 1,978.2억 원을 투입하여 550kg급의 시험용 달 궤도선을 개발하는 계획으로 2016년 1월에 착수하였다.  이후  2017년에 부품개발 및 기술검증, 추가 조립, 시험일정 등을 고려하여 사업기간은 당초 3년에서 5년으로 (~ '20년) 연장하였다.  

 

그러나 개발과정에서 달궤도선 중량 조건, 연료 소모량, 임무 수명 등에 대한 논란으로 난관에 부딪혔다. 이에 목표 중량을 550kg에서 678kg으로 변경하고, 임무 궤도를 조정하였으며, 발사일정 또한 2022년 7월로 변경하게 되었다. 이후 2019년 11월 NASA와 협의를 통해 연료 소모량 저감, 임무 궤도 유지 등을 위해 전이 궤도를 변경하고 임무 궤도를 유지하는 것으로 사업계획을 변경·확정하고 개발을 진행하였다.

 

'다누리' 달 궤도선은 1년 동안 국내 자력개발 과학탑재체 및 NASA 과학 탑재체 등을 통하여 데이터를 획득하고, 이를 NASA 심우주 통신망 등 기술 협력을 바탕으로 국내 및 NASA 지상국에서 정보를 수신하여 공동으로 활용할 예정이다. 본 사업을 통해 우리나라는 심우주 항법 및 우주 인터넷 통신기술을 획득할 수 있으며, 한편으로는 공동연구를 통하여 달에서 얻어지는 과학 데이터의 분석을 수행할 수 있다.

6월 3일 다누리 제작과정 공개

2022년 7월 7일 다누리는 특수 컨테이너에 실려 한국항공우주연구원을 떠나 인천국제공항을 거쳐 미국 올랜도 공항에 도착했다. 다시 육상으로 이동해 미국 플로리다주 케이프케너배럴 우주 군기지에 안착했다.

 

다누리는 발사장에서 약 한 달 간 점검, 연료 주입, 발사체 결합 등 발사준비 과정을 거치고 오는 8월 3일 오전 8시 24분(현지시간 8월 2일 오후 7시 24분)에 스페이스 X사의 팰컨 9 발사체로 발사될 예정이었다.  그러나 팰컨 9의 발사체 점검 작업이 지연되면서 8월 5일로 발사가 연기되었고, 8월 5일 오전 8시 8분에 발사 성공하였다.

다누리 발사 전 모습

지난 6월 한국 독자 기술로 개발한 누리호가 발사에 성공했지만, 다누리는 미국 우주기업인 스페이스X의 팰컨 9에 실려 발사되었다. 그 이유는 누리로의 힘이 다누리를 달까지 쏘기엔 부족하기 때문이다. 누리호는 중량 1.5t급 실용위성을 초속 7.5km의 속도로 고도 600~800km의 지구 저궤도까지 올릴 수 있다. 

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다누리 발사 이후에는..

다누리는 발사 후 달로 가기 위한 탄도형 전이방식(BLT, Ballistic Lunar Transfer) 궤적에 진입할 예정이다.  BLT궤적은 달에 진입하는데 80~140일 정도 소요돼, 한 번에 달로 가는 방식보다는 오래 걸리지만 연료가 적게 소모된다는 장점이 있다.

 

달 전이 궤적에 진입한 다누리는 태양전지판, 안테나 전개 등 정상 운영을 위한 작동 및 점검을 수행한다. 점검 이후에는 약 4개월 반 동안 총 궤적 수정 기동을 수행해 계획한 궤적을 따라 달에 접근하고, 12월 16일 달 궤도에 도착한다.

 

달 궤도에 도착한 다누리는 최종 임무 궤도에 안착하기 위해 5번 궤도 진입 기동을 수행해 12월 31일 달 고도 100km 원 궤도에 도달하게 된다. 그리고 2023년 1월부터 탑재체 초기 동작 점검, 본체 기능시험 진행, 광학 탑재체 보정 수행 과정을 거쳐 탐사 진행 준비를 마치게 된다.

발사 후 달 궤도선 전이 궤적 및 달 궤도 진입 과정

 

BLT(탄도형) 전이 궤도란 무엇인가

지구 태양 등 천체의 중력을 이용해 에너지를 최소화한 뒤 달에 진입하는 방식을 말한다.  달에 가는 항로는 전이궤도 외에, 달까지 직진하는 직접 전이 궤도, 지구 궤도를 돌면서 고도를 차츰 높여 달 궤도에 진입하는 위상 전이 궤도 등이 있다.  BLT방식은 다른 궤도 방식보다 비행시간이 최대 2달 이상 걸리지만, 연료소모량은 25%가량 아낄 수 있다는 장점이 있다.

 

다누리 탑재체 6종과 그 임무

고해상도카메라(LUTI)

항공우주연구원에서 개발.  최대 해상도 5m 이하, 위치오차 225m 이하로 달 표면을 관측해서 2030년까지 발사할 달 착륙선의 착륙 후보지를 탐색한다.

광시야 편광 카메라(PolCam)

천문연구원이 개발.  100m급 해상도로 달 표면의 편광 영상을 산출해 우주 풍화를 연구하고, 티타늄 지도를 통해 달 표면 지질연구와 자원탐사에 기여하게 된다.

자기장 측정기(KMAG)

경희대학교 개발. 달 주위의 미세한 자기장을 측정해 자기 이상 지역과 달 우주 환경을 연구하게 된다.

감마선 분광기(KGRS)

지질자원연구원이 개발. 달 표면의 감마선 측정 자료를 수집해 5종 이상의 달 원소지도를 제작한다.

우주 인터넷(DTN) 검증기

전자통신연구원이 개발. 지구와 달 궤도선 간의 우주인터넷 통신기술 검증을 비롯해 메시지 및 파일 전송, 실시간 동영상 전송 등을 시험하게 된다. 

섀도 캠(Shadow Cam)

NASA가 개발. 영구 음영지역에 대한 고해상도 촬영이 가능 한 카메라로, 얼음이 있을 것으로 추정되는 달 극 지역을 촬영할 계획이다.

다누리 탑재체