美國航空宇宙局(NASA)의 多目的 宇宙船 ‘오리온’과 次世代 大型 發射體 宇宙發射시스템(SLS)을 실은 아르테미스 1號가 11月 16日 午前 1時 47分(現地 時間) 發射에 成功했다. 오리온은 離陸 엿새 만에 달 上空 約 130㎞를 近接 飛行함으로써 NASA의 誘引 달 探査 計劃인 아르테미스가 順調롭게 첫발을 뗐음을 알렸다. 이番 探査 任務는 새로운 宇宙技術을 確認하는 同時에 1972年 아폴로 17號 以後 50年 만에 誘引 달 着陸을 再開하는 象徵性을 지닌다. 이와 함께 火星 探査 前哨基地 建設, 民間 宇宙 經濟 活性化 等 人類의 宇宙開發을 한 段階 擴張할 遠大한 計劃을 內包하고 있다.

‘아르테미스’는 그리스 神話 속 달의 女神이다. 아폴로 計劃의 이름을 따온 아폴론의 雙둥이 누나로, 아폴로 計劃과 아르테미스 計劃의 連結性을 內包한다. 誘引 달 探査를 目的으로 한 아르테미스 프로그램은 總 3段階로 進行된다. 이番 SLS 發射는 첫 段階인 ‘아르테미스Ⅰ’의 始作을 알렸다. 아르테미스Ⅰ은 誘引 探査를 위해 가장 重要한 SLS 로켓과 宇宙船 오리온 캡슐의 安全性 및 機能을 檢證하는 것이 주된 目的이다.

次世代 發射體 SLS

SLS 로켓은 NASA의 새로운 宇宙 發射體다. 旣存 有人 宇宙 探査를 遂行한 새턴 V 로켓의 檢證된 技術力을 基盤으로 誕生했으나, 性能은 그것을 越等히 뛰어넘었다. SLS 로켓은 2014年부터 開發됐으며, 約 230億 달러(約 31兆900億 원) 費用이 投入됐다. SLS 全體 길이는 98m로 32層 建物 높이에 達한다. 2個의 로켓 부스터가 코어 스테이지(로켓의 中樞 役割을 하는 섹션) 側面에 붙은 形態다. 超低溫 液化 水素와 酸素를 燃料로 써서 作動하는데, 側面에 位置한 2個의 로켓 부스터는 固體 燃料 化合物을 使用해 最大 4000t(藥 3900萬 뉴턴)의 强力한 推力(推進體가 燃料를 燃燒할 때 反作用으로 받는 推進力)을 提供한다. 地球 低軌道까지 143t의 搭載體를 올릴 수 있는 强力한 性能이다.

이처럼 性能이 大幅 向上된 발사체가 必要한 理由는 SLS를 통해 달에 人類의 永久的인 駐屯을 돕고, 宇宙飛行士를 火星에 보내기 위한 資源과 人力을 달에 運搬할 長期 計劃을 마련했기 때문이다. 宇宙飛行士를 달로 이동시키고, 달 基地 建設을 위한 部品이나 貨物을 달 表面으로 運搬할 수도 있다.

존 블레빈스 NASA SLS 로켓 首席엔지니어는 美國 IT(情報技術) 專門誌 ‘매셔블’을 통해 “旣存 새턴 V 로켓도 여러 次例 달에 宇宙飛行士를 실어 나를 만큼 性能이 뛰어나지만, 이미 數十 年 지난 技術과 材料를 使用하기에 再建 計劃을 廢棄하고 새로운 發射體를 開發해야 했다”며 “새턴 V 로켓이 標的 任務를 遂行했다면, 이番 SLS는 새로운 宇宙 發射 플랫폼이라 할 수 있다”고 說明했다.

2024年 달 軌道 誘引 探査

첫 發射에서 SLS는 사람을 태우지 않은 오리온 宇宙船을 搭載했다. 오리온은 宇宙飛行士를 宇宙에 데려다주고, 任務를 遂行하는 동안 安全한 環境을 維持하며, 地球 歸還 時 無事히 再進入할 수 있는 探査 車輛 役割을 할 宇宙船이다. 이番 發射를 통해 2024年 本格的인 誘引 探査를 앞두고 오리온이 宇宙에서 어떻게 견디는지를 確認하는 事前 테스트 作業을 遂行한다. 이와 함께 달 探査 環境, 安全한 地球 歸還 等 誘引 探査에 必要한 모든 旅程을 點檢할 豫定이다.

오리온에는 사람 代身 特殊 製作된 마네킹 3個가 실렸다. 이 마네킹에는 센서가 裝着돼 任務 全般에 걸쳐 放射線 露出 與否와 움직임 等이 測定된다. 또 宇宙飛行士들이 發射, 進入 等 여러 任務 遂行 過程에서 着用할 宇宙服의 性能도 함께 點檢한다. 그리고 地球로 돌아올 때 時速 約 4萬㎞ 速度를 견디며 搭乘者를 保護할 오리온의 放熱板과 熱 遮蔽 裝置가 잘 作動하는지 與否도 테스트하게 된다. 高放射線 環境인 宇宙에서 宇宙飛行士를 充分히 保護할 수 있는지, 長期間의 宇宙旅行이 人體에 미치는 影響은 어떠한지 等 誘引 宇宙船으로서 性能을 確認하는 것이다.

SLS는 오리온과 함께 달 軌道에 配置될 10個의 큐브 衛星을 運搬해간다. 이 큐브 衛星들은 유럽宇宙局(ESA), 이탈리아宇宙局(ASI), 日本航空宇宙硏究開發機構(JAXA) 等이 開發한 것으로 달, 太陽, 地球 및 隣近 小行星을 硏究하는 다양한 任務를 遂行하게 된다. 特히 달 關聯 任務를 遂行하는 衛星들은 얼음 形態의 물이 있을 것으로 推定되는 永久陰影地域 噴火口를 仔細히 調査한다. 放射線 測定은 勿論, 深宇宙 放射線이 살아 있는 有機體에 어떤 影響을 미치는지 等 科學 데이터들을 蒐集할 計劃이다.

아르테미스 1段階 無人 探査가 成功的으로 遂行된다면 2段階에서는 2024年 宇宙飛行士 4名을 태운 오리온 宇宙船이 달 軌道를 돌아 地球로 歸還하는 誘引 探査를 거친 뒤 아르테미스 3段階가 計劃대로 推進될 것이다.

50年 넘게 지난 只今도 아폴로 計劃은 NASA의 가장 偉大한 業績으로 남아 있다. 그러나 1969年부터 1972年까지 달에 내린 宇宙飛行士 12名은 모두 白人 男性이었으며, 한 番에 사흘 以上 달 表面에 머문 적이 없었다. 아르테미스 3段階가 計劃대로 推進된다면 最終的으로 女性과 有色人種 宇宙飛行士를 달에 보내게 된다. 이들은 달 極地에 着陸해 一週日假量 探査 活動을 벌인 뒤 歸還할 豫定이다.

持續可能한 探査 프로그램

50年 前 아폴로 計劃은 美國이 冷戰時代를 貫通하며 옛 蘇聯보다 한발 빠르게 달에 到達하고자 내세운 任務였다. 現在는 유럽과 中國, 러시아 等 世界 各國이 달 探査 競爭에 나서며 狀況이 바뀌었다. 1987年부터 2008年까지 美國 宇宙政策硏究所 所長을 歷任한 존 로그던은 天文學 매거진 ‘아스트로노미’를 통해 “아르테미스 1段階는 民間 및 國際 파트너와 함께 太陽系를 가로질러 人間 領域을 擴張할 수 있는 持續可能한 探査 프로그램이 될 것”이라며 “다른 國家, 特히 中國과 競爭은 이러한 持續的인 探査 努力에 비해 副次的 目標”라고 밝혔다. 아르테미스 任務에는 現在 美國 主導 아래 日本, 英國, 濠洲, 캐나다, 이탈리아, 룩셈부르크, 아랍에미리트(UAE) 等 20餘 個國이 參與하고 있다. 韓國도 2021年 5月 아르테미스 協定에 署名해 10番째 參與國이 됐다. 아르테미스 任務에 參與하는 一環으로 9月 發射된 韓國 첫 달 探査 軌道船 다누리號에 NASA가 開發한 陰影카메라 섀도캠이 실렸다.

아르테미스 任務에는 未知 領域을 開拓하는 科學的 目標뿐 아니라, 經濟的 目標도 주어진다. 달에는 陰影이 區分되는 두 가지 主要 地質學的 地域이 자리한다. 어두운 部分은 鐵과 티타늄 濃度가 높고, 밝은 領域은 더 많은 알루미늄이 있다. 알루미늄, 철, 마그네슘, 티타늄 같은 金屬을 배터리나 固體 로켓 燃料로 活用하는 硏究도 있다. 勿論 이를 위해서는 宇宙 巖石에서 金屬을 抽出하는 冶金(冶金) 過程이 必要하다.

또한 아르테미스는 民間 宇宙企業을 통한 宇宙 經濟 活性化에도 도움을 준다. 現在 에어로젯 로켓다인, 보잉, 제이콥스, 록히드마틴, 노스롭그루먼, 스페이스X 같은 巨大 企業과 3800個 以上 供給業體가 오리온 宇宙線과 SLS 로켓, 달 宇宙停車場 建設 計劃에 參與하고 있다. 具體的으로 록히드마틴 宇宙시스템은 오리온 宇宙船 開發을, 에어로젯 로켓다인, 보잉, 노스롭그루먼은 SLS를 協力 開發했다.

火星과 小行星으로 가는 試驗場

아르테미스 프로그램이 2017年 公式的으로 樹立될 當時 NASA 局長을 歷任한 짐 브라이든스타인은 “달은 人間의 火星 探査를 위한 試驗場”이라고 말한 바 있다. 올해 初 NASA는 推進 中인 探査, 運送과 居住, 달과 火星 인프라 等 달에서 火星에 이르는 50個 核心 探査 計劃을 發表했다. 窮極的으로 아르테미스 프로그램의 目標는 오랜 期間 深宇宙에서 人間 存在를 維持하는 方法을 배우는 것이라고 볼 수 있다. 달에 前哨基地를 만듦으로써 宇宙飛行士가 달 表面에 最大 2個月 동안 머무르는 計劃은 그 一部다.

이를 통해 나아갈 目的地는 地球에서 片道로 7個月 以上 걸리는 火星이다. 달 前哨基地는 具體的으로 달 軌道를 돌게 될 달 宇宙停車場을 뜻한다. 一角에서는 이러한 前哨基地가 不必要한 ‘달 軌道 料金所’가 될지 모른다는 憂慮도 나오지만, 달 宇宙停車場은 火星 進出에 必要한 게이트웨이로서 役割을 할 展望이다. 宇宙飛行士는 달 宇宙停車場에 長期間 머무르면서 그곳을 火星 旅行을 위한 停留場과 火星 運送 車輛에 必要한 모든 物流를 統合하는 場所로 活用할 수 있다.

폴 케이 番 美國 세인트루이스 워싱턴대 地球行星科學科 敎授는 BBC닷컴을 통해 “宇宙 探査의 方向性을 다시 달로 定해야 하는 가장 重要한 理由는 달을 火星과 小行星에 進出하기 위한 準備 基地로 活用할 수 있기 때문”이라며 “달 探査 理由는 時間이 지나면 確認할 수 있을 것”이라고 말했다.

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