달 궤도선 다누리, 지구로 방향 튼다…2일 기동 예정

내년 1월 1일 달 도착까지 여정에서 핵심 단계

한국의 첫 달 궤도선 ‘다누리'(KPLO)가 2일 중요한 궤적 수정을 앞두고 있다.

지금까지 지구에서 멀어지던 경로를 틀어서 지구와 달 방향으로 돌리는 것으로, 달 궤도 도착을 위한 핵심 과정이다.

1일 한국항공우주연구원(항우연)에 따르면 다누리는 2일 오후 2시께 지구 중심으로부터 약 136만㎞ 떨어진 지점에서 궤적수정기동(TCM, Trajectory Correction Maneuver)을 수행한다.

궤적수정기동이란 추력기를 이용해 다누리의 항행 방향, 자세, 속도 등을 조정하는 작업이다.

8월 5일(한국시간) 발사돼 발사체로부터 분리된 후 태양 방향으로 날아가고 있던 다누리는 이번 수정 기동을 거쳐 지구와 달 쪽으로 방향을 돌린다.

궤적수정이 이뤄지는 지점은 태양과 지구의 중력이 평형을 이루는 ‘라그랑주 L1 포인트’ 인근이다.

애초 항우연 연구진들은 발사 이전부터 9차례의 궤적수정기동을 예정하고, 계획된 궤적과 실제 다누리의 궤적 간 오차를 보정하겠다는 계획을 세워뒀다.

첫 궤적수정기동은 발사 이틀 뒤인 8월 7일 지구 근처에서 이뤄졌다.

이 기동은 발사체에서 분리되며 발생한 오차를 보정하고 궤적수정기동 절차를 실제로 우주공간에서 실험해보기 위해 수행됐다.

이때 기동이 매우 정확하게 이뤄진 덕택에, 당초 지난달 12일로 예정됐던 두 번째 궤적수정기동은 불필요해졌다.

따라서 이달 2일 이뤄질 궤적수정기동은 계획상으로는 세 번째 궤적 수정 절차지만, 실제로는 두 번째 시도다.

이번 궤적수정기동이 중요한 이유는 다른 수정기동과 달리 오차를 보정하려는 목적으로 이뤄지는 것이 아니라, 본격적으로 달로 향하는 새로운 길로 다누리를 돌리는 작업이기 때문이다.

조영호 항우연 달탐사사업단 임무운영팀장은 이번 궤적수정기동에 대해 “지구에서 태양 방향으로 가는 길과 태양 근처에서 달로 향하는 길을 잇는 ‘다리’ 역할”을 한다고 설명했다.

그는 “(실제 발생하는 오차를 고려하지 않고, 모든 것이 맞아떨어진다고 가정했을 경우) 이론적으로만 보면 발사체에서 분리돼 달에 가는 동안 (이번) 단 한 번만 궤적수정기동을 하면 되며, 또 발사체가 아무리 정확하게 위성을 분리해줬다고 하더라도 이번 궤적수정기동은 반드시 할 수밖에 없다”고 설명했다.

궤적수정기동은 2일 오전에 미리 다누리에 보내둔 명령을 오후 2시에 자동 실행하는 방식으로 이뤄진다.

궤적수정이 제대로 이뤄졌는지에 대한 판단은 자동 실행 약 1시간 이후인 2일 오후 3시쯤에 일차적으로 할 수 있지만, 확실한 결론은 이후 48시간의 궤적을 충분히 지켜본 뒤에 나온다.

이에 따라 과학기술정보통신부는 4일 오후에 궤적 수정 성공 여부에 대한 판단 결과를 발표할 계획이다.

다만 2일에 아르테미스Ⅰ의 로켓 발사가 예정돼 있는 점을 감안하면, 다누리의 궤적 정보 수집과 판단에 시간이 조금 더 걸릴 수도 있다.

그간 다누리의 궤적을 추적하는데 지원되던 미 항공우주국(NASA)의 심우주안테나가 아르테미스Ⅰ에 활용되기 때문에, 다누리 궤적 정보를 충분히 수집하는 데에 48시간 이상의 시간이 걸릴 수도 있다는 설명이다.

다누리는 한국 시간을 기준으로 낮에는 여주에 설치된 심우주지상안테나, 밤에는 스페인 마드리드, LA 골드스톤의 심우주지상안테나로 실시간 추적되고 있다.

다누리가 방향을 성공적으로 돌리더라도, 지금까지 온 길보다 가야 할 길이 더 멀다. 4개월 반 동안 약 600만㎞를 항행하기로 했는데 아직 절반도 가지 못했다.

다누리가 지구에서 가장 멀어지는 날은 9월 27일로, 지구 중심으로부터 약 155만㎞ 떨어진 곳까지 갔다가 지구로 되돌아온다.

조 팀장은 “이번 궤적 수정도 쉬운 일은 아니지만, 아직 길이 많이 남았다”고 말했다.

항우연 연구진은 일단 이달 16일을 다음 궤적수정기동일로 잡아뒀다. 운이 따라서 2일 궤적 수정이 단 한 치의 오차도 없이 이뤄진다면 수정을 할 필요가 없겠지만, 오차가 확인되면 후속조치로 보정하게 된다.

또 그 이후로도 5번의 궤적수정기동 기회가 남아있으며, 마지막 궤적수정기동은 달 궤도 진입을 앞둔 12월 9일로 예정돼있다.

달 궤도 진입은 궤적 수정기동을 모두 마친 뒤에 다가오는 또 다른 중요한 시점이다.

지난 8월 5일 팰컨9 발사체에 실려 발사된 다누리가 발사체에서 분리될 때 속력은 약 초속 10.15km였지만, 현재는 초속 약 0.168km(지구 관찰자 기준)로 상당히 감속됐다.

다누리는 이렇게 속력이 줄어든 상태에서 방향을 돌리며, 이후 지구와 달로 접근하면서 지구 중력의 영향을 받아 다시 점점 속력을 내게 된다. 이런 방식으로 태양과 지구의 중력을 이용하는 것이다.

이에 따라서 역추진으로 다누리의 속도를 적절하게 줄여 다누리가 달 중력에 자연스럽게 포획되도록 ‘달 궤도 진입 기동'(LOI, Lunar Orbit Insertion)이 이뤄진다.

첫 달 궤도 진입은 올해 12월 17일, 목표한 달 상공 100㎞ 안착은 내년 1월 1일로 각각 예정됐다. 이후 2023년 1월부터 1년간 달 상공 100km의 원궤도를 돌면서 과학기술 임무를 수행한다.

8월 5일 발사된 이후 27일이 지난 9월 1일 현재, 다누리는 지구에서 133만km 떨어진 거리에서 태양 방향으로 비교적 천천히 이동 중이다.

다누리는 지난달 26일과 29일에는 탑재체 중 하나인 고해상도 카메라의 기능점검을 위해 지구로부터 각각 약 124만㎞, 130만km 떨어진 거리에서 지구와 달이 나란히 있는 사진을 촬영했다.

이종호 과기정통부 장관은 “지난 8월 5일 발사 후 현재까지, 항우연 관제실에서 24시간 내내 다누리를 실시간으로 관제 중이다. 이번 기회를 통해 항우연 연구진들의 노고에 감사드린다”며 “앞으로도 과기정통부와 항우연은 다누리의 임무성공을 위해 최선의 노력을 다하겠다”고 밝혔다.

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