4개월반 걸리는 탄도형 달 전이궤도 방식 택해
연료 20% 이상 아껴 임무 수행 기간 연장 가능

[아시아경제 김봉수 기자] 한국의 첫 달 탐사선 '다누리'가 한국시간 5일 오전8시8분 미국 플로리다주 케이프커내버럴 우주군 기지 40번 발사대에서 발사됐다. 지구에서 달까지 직선거리는 약 38만km지만 다누리는 먼 길을 돌아가는 방식을 택해 4개월반 동안이나 항행해야 한다. 달나라로 가는 '가장 어려운 길'을 택한 셈이다. 다누리가 이같은 '고난의 대장정'을 선택한 이유는 뭘까? <관련기사> '다누리 발사'

◇ 3일 거리를 4.5개월에 가는 이유는?

달로 가는 길은 3가지가 있다. 첫번째가 미국의 아폴로 탐사때 썼던 직접 전이, 즉 지구에서 달로 곧바로 향한다. 지구 중력을 벗어 난 후 궤도를 수정해가면서 달로 직행하기 위해선 연료가 무지 막지하게 소요된다. 5일 이내 갈 수 있어 우주 환경에 취약한 유인 탐사 방식에 적합하다. 위상전이 방식도 있다. 지구 근처를 굉장히 긴 타원 궤도로 몇차례 공전한 후 달 궤도에 슬쩍 올라타는 방식이다. 1개월 정도 시간이 걸린다. 직접 전이보다는 연료 소모가 적지만 달 궤도 진입에 상당히 많은 양이 들어간다. 우리나라는 위 두가지 방식이 아닌 탄도형 달 전이 방식(BLTㆍBallistic Lunar Transfer)을 사용한다.

다누리는 발사 약 40분 후 고도 1650km에서 분리돼 자체 추진력으로 지구와 태양간 중력이 균형을 이루는 라그랑주 지점으로 향한다. 이때 지구와의 거리는 최대 156만km까지 멀어진다. 이후 방향을 돌려 지구의 중력을 이용해 돌아 오면서 달의 지구 공전 궤도에 올라타는 방식이다. 약 4개월반이 소요되는 먼 거리를 오가야 한다. 먼거리의 궤도선과 통신하면서 원격 조종을 해야 하는 까다로운 작업이 필요하다. 3가지 달 궤도 진입 방식 중 가장 시간이 길게 걸리지만 연료 소모는 제일 적다. 1990년 일본, 2011년 미국이 각각 시도해 성공한 적이 있다. 우리나라는 678kg이라는 한정된 다누리 중량 제한과 목표 임무 수행 기간 1년에 맞춰 최적화된 연료탱크 크기와 적재량ㆍ예상 소모 기간 등을 고려해 BLT 방식을 택하게 됐다. 즉 연료를 20% 이상 줄일 수 있어 탐사선의 임무 수행 기간이 연장되는 장점이 있다. 다만 지구에서 150만km 이상 떨어졌다가 돌아 오면서 통신ㆍ조종의 난이도가 높아진다는 게 단점이다.

◇누리호 못 쓰고 스페이스X 임대

다누리는 스페이스X사의 팰컨9 발사체에 탑재돼 발사됐다. 이 발사체는 6번째 재사용되는 것으로 다누리 하나만 답재돼 단독 발사됐다. 총 길이 70m, 외부 직경 3.7m, 1ㆍ2단 액체추진 로켓으로 지구 저궤도에 22.8t을 올릴 수 있는 추력을 지니고 있다. 발사대의 위치는 북위 28.29도, 서경 80.34도다. 미국에서 지구 적도와 가장 가깝워 지구 자전 속도를 이용해 발사체 연료 소비를 최소화할 수 있다. 무게 678kg의 다누리는 지난달 6일 한국 인천공항에서 비행기편에 실려 이틀 후 케이프커내버럴 기지에 도착했다. 시스템 점검, 통신시험, 누유 시험 등을 거쳤다. 당초 3일 오전 발사될 예정이었지만 팰컨9 발사체에 문제가 생겨 이틀 연기됐다.

한국이 지난 6월21일 성공 발사한 누리호는 아쉽지만 사용할 수가 없다. 다누리는 발사 약 40분 후 지구 궤도 1650km에서 분리돼 달 전이 궤도에 들어간다. 문제는 누리호로는 해당 고도까지 다누리를 실어 나를 수 없다는 것이다. 누리호는 1.5t의 화물을 600~800km 궤도에 올려 놓을 수 있을 뿐이다. 게다가 누리호는 이제 막 개발에 성공했지만 성능과 안전성, 신뢰도가 검증되지 않은 상태다. 지난해 10월 1차 발사 때 3단부 엔진이 조기 종료돼 위성 모사체를 궤도에 올려 놓지 못해 목표 임무 수행에 실패했고, 지난 6월21일 2차 발사에서야 완벽하게 제 성능을 발휘했다. 정부는 향후 4차례 더 발사해 신뢰도를 높일 예정이다. 한때 정부도 한국형 발사체를 이용해 다누리를 발사한다는 계획을 검토한 적이 있었지만 개발 일정이 맞지 않아 일찌감치 외국 발사체 활용으로 돌아선 것으로 알려졌다. 그 와중에 다누리의 총중량도 550kg에서 678kg으로 다소 여유있게 늘어날 수 있었다. 정부는 차세대 발사체 개발 사업을 통해 성능이 대폭 강화된 누리호 개량형을 만들어 2030년 예정된 달 탐사 때 활용한다는 방침이다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr