아하! 우주

[아하! 우주] ‘백 투 더 문’.. 달 향해 떠난 아르테미스 1호의 모든 것

작성 2022.11.17 13:57 ㅣ 수정 2022.11.17 13:57
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▲ 16일 오후 3시 47분(한국시각) 아르테미스 1호가 미국 플로리다의 케네디 우주센터에서 발사되고 있다. (출처: NASA/Joel Kowsky)
미국의 두번째 달 착륙 프로그램 아르테미스의 첫 우주선이 마침내 달을 향해 출발했다. 1972년 미국의 첫번째 달 착륙 프로그램 아폴로가 종료된 지 50년 만이다.

미 항공우주국(NASA)은 16일 오전 1시 47분(한국시각 오후 3시 47분) 플로리다 케이프커내버럴 우주군기지 케네디 우주센터에서 역대 최강 로켓 에스엘에스(SLS)와 우주선 오리온으로 구성된 아르테미스 1호를 발사했다. 이번 비행엔 무인 우주선을 띄웠지만, 우주비행사 대신 마네킹이 탑승했다.

이날 발사는 지난 8월 이후 2차례의 발사 중단, 2차례의 일정 연기라는 우여곡절 끝에 이뤄졌다. 애초 예정일은 8월 29일이었으나 엔진 냉각 이상과 연료 누출, 기상 악화 문제가 잇따라 발생하면서 일정이 석달 가까이 지체됐다.

20세기의 아폴로가 달을 밟는 것 자체를 주목적으로 삼았다면 21세기의 아르테미스는 달에 기지를 세우고 자원 채굴과 함께 상주인력을 두는 것을 목표로 삼고 있다.

반 세기 만의 미국의 유인 달 탐사 프로젝트 배경은?

프로젝트명인 '아르테미스'는 그리스 신화에 나오는 태양의 신 아폴론의 쌍둥이 누이이자 달의 여신 이름이다. 지난 세기 미국의 달 탐사 프로젝트명이었던 태양신 '아폴론'의 누이 이름을 붙이며 이번 프로젝트가 아폴로 계획의 뒤를 잇는다는 점을 분명히 한 셈이다.​ 

이번 발사는 총 3단계에 걸친 아르테미스 계획의 첫 걸음이다. 아르테미스 1호는 발사된 후 80~90분이 지나면 오리온이 달로 향하는 궤적에 진입한다.

총 42일간의 비행을 거치게 되며, 2주 가량 달 궤도에서 달 방사선 환경조사와 우주비행 스트레스 평가, 달 역행궤도에 머무는 것 등 주요 임무를 수행한 뒤, 10월10일 미국 샌디에이고 앞 바다로 복귀한다. 총 비행 거리는 209만㎞에 달한다.

록히드마틴이 제작한 오리온은 탑승 정원이 4명이다. 정원이 3명인 아폴로 우주선보다 내부 공간이 50% 더 넓다. 도킹하지 않고 21일, 도킹 상태에선 6개월까지 우주에 머물 수 있다. 수소 연료전지를 동력원으로 썼던 아폴로와 달리 오리온은 태양전지에서 동력을 얻는다. 따라서 오리온은 90분 이상 햇빛을 받지 못하는 상태로 놔두면 안된다. 

오리온은 앞으로 6일 동안 달을 향해 날아갈 것이다. 11월 21일(발사 후 T+6일) 오리온은 달 표면에서 약 100km 내에서 비행하는 가장 낮은 달 통과를 수행할 예정이다.

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▲ 오리온에 탑승한 마네킹 ‘무네킨 캄포스’. 무네킨의 우주복에 장착된 센서들은 오리온이 달이 궤도를 도는 동안 가속도, 진동, 방사선 수치 등을 측정한다.(출처/NASA)
이번 아르테미스 게획 1단계 프로젝트에서는 인간 우주비행사 대신 마네킹을 실어 사람에게 미치는 영향을 테스트한다.

마네킹의 이름은 '무네킨 캄포스'. 무네킨은 달(moon)과 마네킹(manikin)의 합성어고, 캄포스는 아폴로 13호가 지구로 무사 귀환하는 데 핵심적 역할을 했던 NASA 엔지니어 아르투로 캄포스에서 따왔다. 무네킨의 우주복에 장착된 센서들은 오리온이 달이 궤도를 도는 동안 가속도, 진동, 방사선 수치 등을 측정한다.

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▲ 지구에서 달까지 아르테미스 1호의 궤도.(출처 NASA)


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▲ 아르테미스 1호의 일부로 발사된 ‘오리온 우주선’이 달 궤도를 도는 상상도. 앞으로 발사될 아르테미스 2호는 사람을 태우고 달 주위 궤도를 돌 예정이고, 3호는 사람을 태운 채 달에 착륙도 할 계획이다. (출처 NASA)
아르테미스 1호는 추진력을 내는 차세대 우주로켓인 ‘우주 발사 시스템(SLS)’과 사람을 태울 우주선인 ‘오리온’으로 구성된다. SLS와 오리온 모두 개발 뒤 실전 우주비행에 투입되는 것은 이번이 처음이다.

아르테미스 1호를 쏘아올린 SLS 로켓은 2단으로 이뤄진 무게 2600톤의 초대형 로켓이다. 지구 저궤도에 143t의 탑재체를 올릴 수 있어 지금까지 인류가 개발한 로켓 가운데 추진력이 가장 크다. 길이는 아폴로 우주선을 실었던 '새턴Ⅴ(5호)'의 111m보다 짧은 98m이지만 추력은 15% 더 강화됐다. 스페이스X의 팰컨헤비(2268톤)보다도 70% 더 강력하다. 

로켓이나 우주선은 매우 복잡한 부품이 다량으로 집약된데다, 대기권을 지나 우주로 진출하면서 극저온과 초고온을 모두 경험하기 때문에 고장이나 폭발 등 사고 가능성이 상존한다. NASA가 발사 이후까지 긴장을 늦추지 못하는 이유도 이 때문이다.

아르테미스 계획의 목표는?

1단계 프로젝트를 완료한 후 2024년 2단계부터 실제 사람을 태우고 달 궤도를 다녀오게 되며, 2025년 3단계는 여성과 유색인종 등으로 구성된 우주비행사들을 달에 착륙시키는 것을 목표로 한다.

이번 계획은 50년 전(아폴로 계획)과 달리 달을 넘어 화성으로 가는 길까지 열게 된다. 앞서 아폴로 우주선에 탑승해 달에 착륙했던 12명의 우주인은 모두 백인 남성이었다.

이 모든 단계가 성공적으로 완료되면 2026년 이후에는 달에 유인 우주기지를 구축하고 유인 화성 탐사에 나설 계획이다.

천문학적인 아르테미스 계획의 비용은?

사람을 달로 보내는 아르테미스 계획에는 천문학적인 비용이 투입된다. 1960년대 아폴로 계획에는 당시 예산으로 약 250억 달러가 투입됐는데, 이를 현재 가치로 환산하면 약 1700억~1800억달러(약 230조~240조원)에 달한다. 아폴로 계획 당시에는 NASA 예산이 미 연방정부 예산의 4%를 넘기기도 했다.

이번 아르테미스 계획 1단계에도 예산 전망치의 2배를 넘어서는 200억 달러(약 27조원)가 투입됐고 SLS 개발 기간도 몇년 지체되면서 프로젝트 자체가 존폐 위기에 놓이기도 했다. 아르테미스 계획은 2025년까지 개발 비용으로 930억 달러(약 125조원)가 배정돼있으며, 1회당 발사 비용은 41억 달러(약 5조 5000억원) 수준으로 추산된다. 

NASA는 이 같은 부담을 최소화하기 위해 민간기업 및 타국과의 협력을 적극적으로 추진했는데, 단독으로 천문학적 예산을 쏟아부었던 아폴로 계획과는 달리, 아르테미스 계획은 첨단 기술을 보유한 민간 기업을 적극적으로 끌어들였다.

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▲ 월면에서의 아르테미스 미션 상상도.(출처/NASA)
NASA는 29억 달러(약 3조 8800억원) 규모의 달 착륙선 개발 사업자로 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 설립한 민간 우주탐사기업 스페이스X를 낙점했다. 우주개발을 독점했던 정부가 민간 우주기업들로 권한을 이양하는 뉴 스페이스(New Space) 정책을 적극적으로 추진한 것이다. 아르테미스 1호에 실리는 우주선부터 민간 우주기업인 오리온이 제작했다.

또 한편으로는 국제적인 연대를 구축했는데, 한국을 비롯해 영국, 일본, 캐나다 등을 비롯한 20여 개 우방국들과 함께 국제협력 원칙인 '아르테미스 약정'을 맺고 우주 탐사의 원칙을 세우기도 했다. 아르테미스 협정에는 달, 화성, 소행성 등을 평화적으로 탐사하자는 10가지 원칙이 담겨 있다.

한국은 지난해 5월 10번째 국가로 아르테미스 약정에 서명했다. 협정 참여국은 주로 미국의 우방이고,경재 관계에 있는 중국이나 러시아는 협정에 서명하지 않았다. 

달의 광물자원과 영구 기지를 위해

미국이 50년 만에 유인 달 탐사를 재개하는 이유는 복합적이다. 먼저 달의 '가치'가 점차 커지고 있기 때문이다. 달에는 반도체 등의 핵심 소재인 희토류, 핵융합 에너지의 원료인 헬륨-3 등의 광물이 풍부한 것으로 알려져 있다.

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▲ 달 얼음 지도를 작성할 루나아이스큐브 위성. 오리온에 탑재된 10대의 큐브샛 중 하나다.(출처/NASA)
실제로 달이 인류가 도달할 수 있는 최대 규모의 '광산'이 될 것이라는 기대가 커지면서 유인 달 탐사의 비용보다 이득이 크다는 전망도 나오고 있다. 한국항공우주연구원에 따르면 달에는 헬륨-3, 희토류를 비롯해 수십종의 희귀자원이 산재해 있다.

지난 세기의 유인 달 탐사는 '달에 가는 것' 그 자체가 최종 목표였지만, 이번 아르테미스 계획부터는 달에 장기 체류용 기지를 구축하고 자원 확보·환경 조사·심우주 탐사 준비 등을 추진할 방침이다.

아르테미스 계획의 또 다른 목적은 유인 달 착륙에 성공한 뒤 인류가 달에 장기 체류할 수 있는 기반을 구축하고, 달을 화성 탐사의 전초 기지로 삼아 인류를 화성에 보낸다는 청사진을 담고 있다.

안형준 국가우주정책연구센터 정책연구2팀장은 "만약 '달에 왜 가냐'고 묻는다면 결국 '화성에 가야 된다'라는 답이 나올 수밖에 없다"면서 "이미 외계 행성 표면을 탐사하는 로봇이 화성에 많이 착륙해 화성 진출의 가능성을 탐색하고 있다"고 강조했다.

또한 NASA 주도의 달 탐사는 민간에서 속도를 높이고 있는 우주산업에 새로운 기회를 부여할 수도 있다. 일론 머스크뿐 아니라 아마존 창업자인 제프 베이조스의 우주기업 블루 오리진이 민간 우주관광을 이끄는 등 기업들이 우주산업에 속속 진출하고 있다.

한국은 지난 5일 발사한 무인 달 궤도선 ‘다누리’를 통해 아르테미스 계획에 간접적으로 기여할 것으로 보인다.

다누리에 탑재된 NASA의 탐사장비 ‘섀도우 캠’이 달의 영구음영지역에서 물을 찾아내도록 설계됐기 때문이다. 물은 상주기지 건설에 필수적인 자원이다. 이외에도 NASA는 한국의 위성항법기술 등에도 관심을 보이고 있다. 달에 정보기술 인프라를 건설하는 데 한국이 기여할 수 있기 때문이다. 

우주 패권 경쟁, 중국의 '우주 굴기'를 잡아라

과거 우주 개발에서 러시아가 미국의 경쟁상대였다면 21세기의 우주 경쟁은 중국이 미국의 강력한 라이벌로 떠오르고 있다. 중국은 일찌감치 '우주 굴기'를 선언하면서 달 기지 구축, 심우주 탐사 등을 두고 미국에 도전장을 던진 상태다. 

지금은 아르테미스 계획이 가시화된 미국이 크게 앞서 있는 상황이지만, 중국의 추격도 만만치 않다. 중국은 이른바 '창정 9호'로 알려진 초대형 발사체를 개발해 2030년 이전 유인 달 착륙 탐사를 진행하는 것을 목표로 하고 있다. 그간 중장거리 우주 탐사에서 높은 신뢰도를 보여온 창정 5호를 개량한 창정 9호는 최대 적재 중량만 140t에 달하는 것으로 알려졌다.

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▲ 달 궤도 우주정거장 루나 게이트에 도킹하는 오리온 우주선(왼쪽) 상상도.(출처/NASA)
21세기 들어 상대를 바꿔 다시 시작된 우주 패권 경쟁은 아르테미스의 유인 달 탐사로 본격적인 경쟁 모드에 돌입한 형국이다. 우주 개발에서 가장 앞서 있는 미국과 중국은 모두 이번 유인 달 탐사를 화성에 우주인을 보내는 여정의 첫 걸음으로 보고 있다. 


미국의 경우 아르테미스 계획을 통해 구축한 달 표면 기지를 화성을 비롯한 심우주 탐사의 전초 기지로 삼을 계획이며, 중국 또한 창정 9호를 화성을 비롯한 행성 간 비행에 활용한다는 목표를 세웠다.

미국과 중국 중 과연 누가 먼저 화성에 사람의 발자국을 찍을 것인가가 21세기 미-중 우주 패권 경쟁의 승부처가 될 전망이다. 

이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com 

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