[과학을 읽다]영하 180℃ 달 탐사…韓 숙제는?

4개 분야 21개 과제 진행하고 있어

▲2020년에 달 탐사를 위한 긴 여정이 시작되고 있다.

[아시아경제 정종오 기자] 2020년에 우리나라 달 탐사선이 달에 도착할 수 있을까요. 달에 도착하는 과정은 쉽지 않습니다. 우리나라의 달 탐사 계획의 구체적 모습이 드러났습니다. 한국항공우주연구원은 20일 '한국형 달 탐사 출연연 융합연구 및 우주핵심 기초연구 성과 발표회'를 양재동 엘타워에서 개최합니다.

우리나라 탐사선이 달에 도착하기 위해서는 반드시 거쳐야 할 과제가 있습니다. 우선 달 궤도선 임무 성공을 위한 달 탐사선 기본 개념 설계가 중요합니다. 끊김과 지연을 극복할 수 있는 차세대 우주통신 기술을 이용한 우주인터넷 구현도 필요하구요. 세 번째로 달 탐사용 무인 로버(Rover)의 작동 성능 검증도 이뤄져야 합니다. 로버의 자율주행에 관한 연구도 있어야 합니다.

여기에 달 표면을 광각으로 촬영할 수 있는 소형 광시야 카메라와 2주 동안 계속되는 영하 180도의 혹한인 달의 밤 기간에도 전력을 공급할 수 있는 원자력전지도 필요합니다. 하나의 출연연이 할 수 있는 일이 아니죠. 달 탐사선 개발에 필요한 다양한 융합기술 개발을 위해 항우연을 중심으로 기계연, 화학연, 에너지기술연, 원자력연, 전기연, 천문연 등이 공동으로 참여하고 있습니다.

▲중적외선 분광기.[사진제공=항우연]

◆궤도·착륙선의 과학탑재체=달 궤도선과 착륙선, 로버에 탑재될 과학 탑재체 개발을 위해 한국천문연구원(KASI)이 중심 역할을 하고 있습니다. 달 탐사에 있어 광범위하게 사용되는 고해상도 저 중량 광학카메라를 설계해 실리콘탄소 반사경(SiC mirror)을 이용한 시제품을 제작했습니다. 달의 전표면 관측을 목표로 하는 광시야 광학카메라용 신호제어보드를 독자 개발한 것입니다.

달의 영구음영지역에 존재하고 있을 것으로 예상되는 물의 존재를 확인하기 위해 3μm(마이크로미터)의 물 흡수선 관측이 가능한 중적외선분광기 지상모델을 개발해 달 뿐만 아니라 행성의 대기와 지표 연구에 활용할 예정입니다. 이외에도 태양으로부터 방출되는 중성미자(Neutrino)를 이용해 달 내부구조 탐색을 가능하게 하는 중성미자 검출을 위한 요소기술 연구를 수행하고 있습니다.

◆우주인터넷 통신기술 개발=한국전자통신연구원(ETRI)이 맡고 있습니다. 달 탐사용 우주 인터넷 통신기술 개발 과제의 연구목표는 국제표준에 맞춰 달 탐사용 끊김과 지연극복 우주인터넷 (Disruption-Tolerant Network, DTN) 통신 네트워크 구축에 있습니다. 현재 시험용 달 궤도선에 탑재할 DTN 탑재체의 예비설계를 마쳤습니다. DTN 시험을 위한 지상인프라 구축방안도 수립했습니다. 앞으로 한국형 달 탐사선에 DTN 탑재체를 실어 미국 항공우주국(NASA)과 협력해 DTN 프로토콜 연동 시험을 할 예정에 있습니다.

▲달 탐사 로버.[사진제공=KIST]

◆달 탐사 로버=달 표면 착륙선에 탑재될 달 탐사 로버 연구는 한국형 달 탐사 로버의 기구부와 제어 시스템의 작동성능실증(POC, Proof of Concept), 센서와 제어 알고리즘 개발과 로버 주행을 위한 시험 환경 구축을 목표로 하고 있습니다. 한국과학기술연구원(KIST)이 중심 역할을 맡았습니다.

현재 태양센서(Sun Sensor) 등이 포함된 초소형 저 전력 자율주행 핵심센서 시스템을 개발했고 착륙선과 로버 사이의 통신 장애를 견뎌내는 로버 제어 알고리즘을 끝마쳤습니다. 달 표면 지형의 변화에 능동적으로 적응할 수 있는 바퀴와 지면의 접지 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 제어 알고리즘을 만들었고 로버 자체의 영상 센서를 이용한 위치 추정 알고리즘 개발을 수행하고 있습니다.

◆달 탐사용 한국형 원자력전지= 달 탐사용 한국형 원자력전지 개발은 원자력연구원(KAERI)과 전기연구원(KERI)이 공동으로 수행하고 있습니다. 원자력전지의 주요 구성품인 열전소자를 사용하는 ETG(Electric-Thermal Generator) 시제품 제작과 평가를 수행했고 효율 향상방안에 대한 연구를 진행 중에 있습니다.

항우연의 한 관계자는 "그동안 출연연과 대학을 중심으로 달 탐사의 성공적 추진을 위해 달 탐사선, 탑재체, 심우주지상국, 로버 등 4개 분야에 21개 세부 과제를 구성해 융합 연구를 수행하고 있다"고 설명했습니다.