[Science &] 한국형 달 탐사 프로젝트, 우리기술로 우주선 쏜다

[Science &] 한국형 달 탐사 프로젝트, 우리기술로 우주선 쏜다

서진우 입력 2016.12.23 15:46 수정 2016.12.23 17:14 댓글 67개

 

 

2018년까지 550kg급 달궤도선 설계 마치고 핵심 기술 개발
우주인터넷 연결하고 3D 프린팅 기법으로 달 착륙기지 조성
한국형 발사체 개발은 엔진제작 지연으로 내년 시험발사 무산

우주 쟁탈전. 각국 첨단 기술력의 수준이 어디쯤 와 있는지는 이 전쟁의 승패를 통해 여실히 드러난다. 화성에 인간을 보낼 야심 찬 계획이 미국을 중심으로 진행되고 있고 여기에 중국도 우주 굴기를 내세워 도전 중이다.

비록 유인 탐사선은 아직 요원한 일이지만 한국도 우주 쟁탈전에 뛰어든 상태다. 우리 힘으로 발사체(로켓)를 만들어 가까운 달에 궤도선과 착륙선을 보내는 일에 도전한 것이다. 물론 아직까진 무인 탐사선이 목표다.

현재 한국항공우주연구원을 중심으로 달 탐사 계획이 추진되고 있다. 2020년 이후 독자 개발 발사체 기술을 바탕으로 달 궤도선과 착륙선을 쏘아올려 달 탐사를 하겠다는 것이다. 달 탐사 계획과 동시에 진행되고 있는 것이 한국형 발사체 추진이다.

애초 2017년 말 시험발사에 성공한 뒤 2020년에 본발사를 실시하겠다는 것이었지만 로켓 엔진과 연료탱크 제작 과정에서 일정이 지연돼 시험발사 일정이 2018년 10월로 연기됐다. 한국형 발사체 개발과 이를 바탕으로 한 달 탐사는 제대로 실현될 수 있을까.

◆ 무인 달 궤도·착륙 꿈을 향해

정부는 올해부터 2018년까지 1단계로 달 탐사를 위한 550㎏급 시험용 달 궤도선을 개발하고 있다. 달 착륙선도 2018년까지 기본 설계를 마치고 심우주항법 소프트웨어나 경량 전장박스 등의 핵심 기술 개발을 완료할 계획이다. 달 궤도선은 전장박스와 추진체뿐 아니라 열 제어와 통신 기술을 확보하는 것이 핵심이다. 여기에 고해상도 카메라와 달 표면을 기어다니며 자원을 탐사하는 로버 등이 탑재될 예정이다.

한국형 달 궤도선은 향후 달과 같은 우주에서 데이터 통신이 가능한 이른바 '우주인터넷'도 실현할 전망이다. 다만 이는 한국 독자 기술로는 어렵고 미국 항공우주국(NASA)의 힘을 빌려야 한다.

NASA는 그동안 '심우주 네트워크' 개발에 앞장서왔다. 이미 2008년 인터넷을 이용해 지구와 우주 사이 데이터를 주고받는 '행성 간 인터넷' 실험에 성공한 바 있다. 우주인터넷은 현재 지구상 인터넷의 기본 프로토콜인 TCP·IP가 아닌 DTN(Disruption Tolerant Network)이라는 새로운 프로토콜을 사용해 길 잃은 데이터를 끝까지 버리지 않고 연결을 시도해주는 기술이다.

최기혁 항우연 달탐사사업단장은 "우리가 달 궤도선을 발사할 때 미국이 개발한 탑재체를 이 궤도선에 실어주는 대신 NASA의 심우주 지상국으로부터 달 궤도선의 정상 운영에 필요한 통신과 추적, 항법 등을 지원받을 예정"이라고 말했다. 2018년까지 1단계로 발사하는 시험용 달 궤도선은 외국 발사체를 활용한 뒤 이후 2단계 사업에선 한국형 발사체를 이용한 달 궤도·착륙선 발사를 추진하고 있다.

항우연과 별개로 한국건설기술연구원도 다른 차원의 달 탐사 계획을 추진하고 있다. 3차원 프린팅을 이용한 한국형 달 착륙장 건설이 필요하다고 보고 관련 기지 건설 방안을 연구 중이다.

달로 날아가게 될 로켓에는 무게 제한이 있기 때문에 건설장비와 재료를 달까지 수송해가기는 어렵다. 3차원 프린팅 기술은 달 표면에 있는 흙(월면토)처럼 현지 자원만을 활용해 기지를 건설하는 첨단 방식이어서 주목된다. 건기연은 최근 세계 다섯 번째로 월면토를 복제하는 데 성공했다. 이를 바탕으로 접합재를 사용해 달에서 쓸 수 있는 콘크리트인 폴리머 콘크리트도 개발했다.

달 기지가 건설된다면 유력한 장소는 역시 '용암동굴(Lunar lava tube)'이다. 고대 달에는 화산활동이 있었기 때문에 뜨거운 용암이 지표 밑을 흘러간 후 그 빈자리엔 동굴이 생겼다. 태양계 행성이나 위성 중에 지금까지 용암동굴의 존재가 밝혀진 건 지구와 달이 유일하다.

용암동굴이 건설기지로 적당한 건 달에는 지구와 달리 대기와 자기장이 없어 우주와 태양에서 날아오는 고에너지 방사선 입자가 그대로 쏟아지기 때문이다. 하지만 용암동굴 안에 기지를 마련하면 방사선 피폭을 막을 수 있을 뿐 아니라 운석 충돌에도 안전하다.

이태식 건기연 원장은 "한국형 달 탐사의 향후 활용성과 경제성을 확보하기 위해서는 달 탐사 후보지 선정 기준에 우주 현지 자원 활용을 고려한 토목·건축공학적 기준이 마련돼야 한다"고 말했다.

◆ 한국형 발사체는 어떻게

한국이 달 궤도선과 착륙선을 개발하는 데는 한국형 우주발사체 개발 기술이 적용될 예정이다. 처음엔 해외 발사체를 활용하더라도 이후엔 한국형 독자 발사체로 쏘아올리는 것이 최종 목표이기 때문이다.

한국형 발사체 사업은 2011년 처음 발표됐다.

항우연을 중심으로 2018년 12월 시험발사에 성공한 뒤 2020년과 2021년 두 차례에 걸쳐 위성 탑재 로켓을 쏘아올리는 방식으로 본발사를 완료한다는 것이었다. 하지만 2013년 한국형 발사체 사업안은 '2017년 시험발사, 2019년과 2020년 6월 본발사'로 그 일정이 앞당겨졌다.

이에 따라 항우연도 발사체 핵심 부품인 연소기와 추진체 탱크를 개발하는 데 전념해왔지만 일정이 지연돼 시험발사는 2018년 10월로 재차 연기되고 말았다.

한국형 발사체는 3단 로켓이다. 75t 엔진 4개를 묶은 300t짜리 클러스터링 엔진을 1단으로 삼고 75t 엔진 1개를 2단으로 얹은 뒤 그 위에 마지막으로 7t급 엔진을 3단으로 쌓아올리는 식이다. 이 가운데 시험발사는 1단과 3단을 제외하고 2단의 75t 엔진 1개만으로 발사하는 것이다.

로켓 발사에서 가장 중요한 건 로켓 연료의 불안정성 문제를 해소하는 일이다. 불안정 연소는 연료를 태우는 도중 온도와 압력이 요동치는 현상으로 1930년대 초기 로켓 개발 때부터 각국 연구자들을 괴롭혔던 난제다. 75t 엔진의 경우 140초 이상 연소돼야 안정하다. 올해 6월까지만 해도 항우연이 개발한 엔진은 75초 정도만 안정적 연소를 유지해 기준에 한참 모자랐지만 7월 시험에선 145초를 기록했다.

하지만 이 연소 불안 문제를 해결하는 데 시간을 많이 허비한 탓에 한국형 발사체 시험발사는 2018년 10월로 다시 연기되며 결국 애초 발표한 계획안대로 되돌아가고 말았다. 배태민 미래창조과학부 거대공공연구정책관은 "향후 75t 엔진의 시험발사가 실패하거나 기술적 문제점이 발견될 경우 전체 한국형 발사체를 제작하는 데 시간이 더 걸릴 가능성도 있다"고 말했다.

[서진우 기자]