앞으로 5년 후에 발사 예정인 우리나라 최초의 달착륙선. 한국 우주개발 역사에 있어 또 하나의 중요한 이정표가 될 이 일을 위해 각 연구기관에서는 어떤 준비들을 하고 있을까.

한국항공우주연구원을 비롯해서 15개 정부출연 연구기관들(아래 기관목록 참조)은 지난해부터 각 기관별로 자체 예산을 투입해서 달 탐사 사업에 필요한 기반 기술 연구를 진행하고 있다. 각 기관들이 맡고 있는 세부 기술연구는 크게 4개 분야로 나누어져 있다.

먼저, 탐사선의 본체 기술 분야. 여기에는 궤도선과 착륙선의 구조물 설계, 각종 통신기기와 전자 장비, 추진계, 자세 및 열 제어장치, 탐사선의 전력원인 태양 전지와 원자력 전지 등이 포함된다. (용어상의 혼란이 올 수 있는데, 여기서 ‘탐사선’이라 함은 궤도선, 착륙선, 로버 등을 아우르는 명칭으로 간주하기 바람)

본체 기술 분야에서는 기존의 다목적실용위성과 천리안위성, 정지궤도복합위성 개발을 통해 인공위성 기술을 보유하고 있는 항우연이 탐사선의 구조설계와 주요 전자장치, 추진계, 통신장치, 각종 센서, 태양전지, 구조물 전개 장치, 소형 고효율 배터리 등의 설계와 제작을 위한 준비를 진행하고 기계연, 에너지기술연, 화학연 등이 참여하고 있다.

2주간 지속되는 밤 기간에 더불어, 크고 작은 크레이터와 평탄하지 않은 지형의 특성상 달 표면에서는 지속적인 태양전지판 작동이 확실하지 않을 것으로 예상된다. 이에 태양빛이 없는 환경에서도 든든한 전력원 역할을 해줄 원자력 전지가 필요한데 이 기술 개발에는 KAERI와 전기연 등이 참여하고 있다.

달 표면을 촬영할 영상 장치와 각종 과학관측 탑재체를 위해서는 다목적실용위성의 카메라를 개발한 바 있는 항우연을 비롯해 과학위성의 영상 탑재체 개발에 참여했던 천문연, 표준연, 기초연 등이 기술연구를 수행하고 있다. 특히 표준연과 기초연의 광학 가공기술이 달 탐사용 카메라 개발에 많은 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다. 영상 촬영 외에 과학 관측 목적의 탑재체 기술도 연구 중인데 여기에는 일부 대학의 연구진도 참여할 것으로 예상한다.

달 표면을 탐사할 로버 개발 기술분야에는 KIST를 필두로 건설기술연, 자동차부품연 등이 참여하고 있다. 로버 개발에 있어서는 소형, 저중량, 극한 환경에서의 원활한 작동은 필수이며, 지구-달 사이의 원거리에서 조종을 해야 하는 특성 때문에 정밀 원격제어와 자율 주행 기능이 핵심이 될 것으로 예상하고 있다.

로버에는 주행을 위한 정밀 센서와 위치확인 장치, 달 표면의 지질 조사 및 자원 탐사를 위해 소형 탐사장비들이 장착된다. 이를 위해 생산기술연, 항우연, 지질자원연, 기계연, 건설기술연 등에서 관련 기술을 연구하고 있다. 로버의 작동을 위한 동력원으로는 태양전지와 소형 고효율 배터리를 주로 사용하고 원자력 전지의 사용도 검토 중이어서 화학연과 KAERI 등의 활약을 기대하고 있다.

궤도선과 착륙선, 로버를 조종하고 그들로부터 전송되는 자료를 수신, 가공해야하는 지상국 개발도 커다란 과제이다. 여기에는 직경 20미터 이상의 대형 반사판을 가진 파라볼라 안테나를 비롯해서 정밀 구동장치, 추적 장비, 고출력 RF 송수신기와 각종 증폭 장치, 모뎀 등의 하드웨어류와 이 모든 것을 통합해서 운영하기 위한 네트워크 운영기술이 필요하다. 탐사선과의 통신을 위해서는 국내 뿐 아니라 해외 지상국의 지원도 필요하기 때문에 이를 위한 준비도 필요하다.

지상국에서는 탐사선의 상태를 확인하고 궤도 정보를 수집하며, 주기적으로 궤도 조종을 수행하는 기능을 한다. 또, 탐사선의 각종 기기를 작동하고 임무 탑재체의 운영계획을 수립하며 탐사선의 텔레메트리를 감시하고 제어 명령을 보내는 등의 많은 일을 수행하므로 각각의 업무를 전담하는 소프트웨어의 개발이 선행되어야 한다. 관측 자료를 수신해서 처리하고 사용자에게 배포하는 일도 지상국의 몫이다.

이 모든 일을 담당하는 지상국 개발을 위해서는 항우연과 ETRI가 협력하게 될 것이다. 특히 ETRI는 국내 지구저궤도, 정지궤도위성의 지상국 분야에서 실제 운영 중인 시스템을 개발한 경험이 많다. 또한 이번 달 탐사 사업을 통해, 흔히 ‘우주인터넷’으로 불리는 DTN (Disrupted Tolerant Network) 기술을 실제 우주에서 시험해 볼 수 있는 절호의 기회로 여기고 준비 중이다.

지금까지 우리나라 달 탐사 사업을 위해 애쓰고 있는 각 연구기관들의 대표적인 과제들을 살펴보았다. 대한민국의 착륙선이 달 표면에 내려앉고 이 모든 노력들이 결실을 맺는 그날이 오기를 손꼽아 기대해본다.

▼ 달 탐사 융합연구에 참여 중인 기관들 (무순, 괄호 안은 본문에서의 약칭)

한국항공우주연구원 (항우연)

한국천문연구원 (천문연)

한국과학기술연구원 (KIST)

한국전자통신연구원 (ETRI)

한국원자력연구원 (KAERI)

한국지질자원연구원 (지질자원연)

한국기초과학지원연구원 (기초연)

한국표준과학연구원 (표준연)

한국기계연구원 (기계연)

한국에너지기술연구원 (에너지기술연)

한국화학연구원 (화학연)

한국전기연구원 (전기연)

한국건설기술연구원 (건설기술연)

한국생산기술연구원 (생산기술연)

자동차부품연구원 (자동차부품연)