지구-달 38만㎞인데 ‘다누리’ 156만㎞까지 갔다 오는 이유

한국의 첫 달 탐사선 ‘다누리’가 한국 시간 5일 오전 8시 8분(미국 동부시간 4일 오후 7시 8분) 미국 플로리다주 케이프커내버럴 우주군 기지에서 미국 민간 우주기업 스페이스X의 팰컨9 로켓에 실려 발사됐다. 다누리가 달 주변을 도는 목표 궤도에 안착해 임무를 수행하기까지는 약 5개월이 걸릴 전망이다.

다누리는 발사 40분 뒤 로켓에서 분리될 때 받은 추진력으로 태양과 지구의 중력이 평형을 이루는 라그랑주 L1 지점(지구에서 약 150만㎞ 거리)을 거쳐 최대 156만㎞ 떨어진 태양 쪽 먼 우주까지 날아갔다 태양과 지구의 중력을 활용해 지구 쪽으로 방향을 돌린다.

그래픽=신재민 기자 shin.jaemin@joongang.co.kr

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태양 쪽 우주 갔다 ‘∞’ 모양으로 돌아와

정해진 궤적으로 가기 위해 방향을 트는 궤적 수정 기동을 한 뒤 지구의 중력에 끌려 돌아오다 달과 가까워지면서 오는 12월 16일 달 주위를 도는 궤도에 안착할 예정이다. 이후 5회의 감속 기동을 거쳐 정확한 목표 궤도에 진입한 뒤 12월 31일 임무 수행을 시작한다. 김대관 한국항공우주연구원(항우연) 달탐사사업단장은 “내년 1월 1일 다누리가 달 궤도에 들어갔을 때 성공했다고 할 수 있을 것”이라고 말했다.

지구와 달은 약 38만㎞ 떨어져 있지만 다누리는 ‘나비 모양(∞)’을 그리며 지구로부터 최대 156만㎞ 떨어진 지점까지 갔다가 다시 돌아오는 셈이다. 이처럼 지구·달·태양의 중력을 활용해 달 궤도에 진입하는 방식을 ‘탄도형 달 전이 방식(BLT·Ballistic Lunar Transfer)’이라고 한다.

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직접 쏘는 것보다 연료 소모량 25% 적어

다누리를 BLT 방식으로 이동시키는 것은 연료를 아껴 탐사선의 작동 수명을 늘리기 위해서다. 이 방식을 따르면 다누리가 천체의 중력을 이용해 추진력과 운동량을 얻을 수 있어 달로 직접 쏘는 것보다 연료 소모량이 25%가량 적다.

당초에는 한 달가량 지구를 중심으로 타원형 궤도를 그리면서 달 궤도에 진입하게 하려 했지만 개발 과정에서 다누리 무게가 550㎏에서 678㎏으로 늘면서 연료 소모가 더 많아져 궤도 진입 방식을 바꿨다. 과거 일본의 달 탐사선 ‘히텐’(1990년)과 미국 ‘그레일’(2011년)이 BLT 방식으로 달에 갔다.

하지만 자체 추진력을 쓸 때보다 제어가 어려운 데다 궤도가 조금만 틀어져도 오차가 커져 정밀한 항법 기술이 요구된다. 항우연은 정밀한 항법을 실행하기 위해 미 항공우주국(NASA)과 협력할 예정이다. 또한 달 궤도선 임무운영센터를 운영하며 심우주 지상 안테나와 NASA의 심우주 네트워크를 연동해 다누리 명령 전송, 상태 정보 수신, 궤도 결정 등의 작업을 할 것이라고 밝혔다.

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