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기획·칼럼

아르테미스는 현재 무엇을 하고 있을까? – 3편
[인류는 다시 달에 갈 수 있을까] 오리온 탐사선, 먼 역행 궤도를 진행하다

2022.12.06 09:00 김민재 리포터

비행 13일 차: 오리온 캡슐, 지구로부터 최대로 멀어지다

아르테미스 1 미션의 무인 오리온 탐사선은 비행 13일 차가 되던 11월 28일 오후 3시(CST, 미국 중부 표준시 기준) 직후, 지구에서 432,210km나 떨어진 장소에 도착하며 지구로부터 최대로 멀어지게 되었다. 이는 임무 11일 차에 멀어졌던 기록보다 지구로부터 약 35,000km 더 멀어진 기록이다.

13일 차는 총 임무 25.5일 중 중간 지점으로, 역행 궤도 구간 6일 차에 해당한다. 현재 오리온 탐사선은 달 너머로 대략 몇천 km 정도의 거리에서 정상적으로 역행궤도를 돌고 있다. 오리온 탐사선은 임무 12일 차 때처럼 지구와 달의 이미지를 계속해서 촬영했다.

아르테미스 1 미션 오리온 탐사선의 궤도 © Artemis 1/NASA

미항공우주국(NASA)의 빌 넬슨 국장은 ‘믿을 수 없는 일을 할 수 있다’라는 정신 덕분에 아르테미스 1 미션은 놀라운 성공을 거두고 있으며 역사의 한 페이지를 장식하는 사건을 만드는 임무를 완수하고 있다고 설명했다. 넬슨 국장은 위 임무가 매우 순조롭게 진행되어서 놀랍다고 밝혔는데, 위 미션은 더군다나 시험미션이라고 강조했다.

2022년 11월 28일, 비행 13일차에 오리온 탐사선은 아르테미스 1호 임무를 수행하는 동안 지구로부터 최대 거리에 도달했다. 오리온 캡슐은 이제 역사상 어떤 유인우주선보다 멀리 여행하고 있다. © Artemis 1/NASA

아르테미스 미션팀의 엔지니어들은 비행 13일 차에 궤도 유지를 위한 추가 연소를 계획했었지만 오리온 캡슐은 이미 역행궤도에서 정확한 궤적으로 돌고 있었기에 추가 연소가 필요하지 않음을 확인했다. 다만 오리온 캡슐이 아르테미스 2, 3 미션에서 사용될 때를 대비하여, 잠재적인 위험을 줄이기 위한 우주선의 열 환경 및 추진 시스템의 테스트를 계획하고 있다.

비행 13일 차 현재, 아르테미스 1 미션에서 계획했던 테스트의 37.5%를 이미 완수했거나 달성 중에 있다. 추가로 남은 테스트들은 대부분 다시 지구로 진입할 때나 스플래시다운(splashdown, 낙하산으로 속도를 감속하여 바다, 강 등 물이 많은 곳에 착륙하는 방법을 말함) 및 오리온 캡슐의 회수 및 복구 중에 계획되어 있다. 참고로 오리온 캡슐은 태평양 샌디에이고 연안에 착륙할 예정인데, 이때 NASA의 케네디 우주센터 Exploration Ground Systems 팀과 미 해군은 캡슐의 성공적인 회수를 계획 중이다.

관제사들은 19개의 분사 교정 테스트 중 9개를 완료했으며 오리온 탐사선의 주 엔진, 보조 추진기 및 반응 제어 시스템 추진기에 관한 세 가지 유형의 엔진을 성공적으로 테스트 완료했다고 보고했다. 이를 위해서 총 약 2,500kg의 추진제가 사용되었으며, 이는 발사 전 예상값보다 약 70kg 적은 양이다. 여전히 900kg 이상의 추진제가 남아있으며 발사 전 예상 값보다 50kg 정도 더 여유분이 남아 있는 상태이다.

임무 13일 차 11월 28일 미국 동부 표준시 기준으로 오후 8시, 오리온 캡슐은 지구로부터 432,039km, 달로부터 69,423km 떨어져 있으며 시속 2,702km로 순항하고 있다. 또한, 지금까지 오리온 탐사선은 지구로 2,000개 이상의 파일을 보냈다.

비행 14일 차: 계속되는 심우주 미션 관련 테스트

임무 14일 차에도 오리온 캡슐은 여전히 먼 역행 궤도를 돌고 있다. 또한, 아르티미스 팀의 엔지니어들은 비행 12일에 시작된 반응 제어 추진기를 테스트를 계속 진행하고 있다. 역행 궤도는 연료가 거의 필요하지 않은 매우 안정적인 궤도이기에 상대적으로 많은 테스트가 가능하기 때문이다.

오리온 항성 추적기(Orion Star Trackers)의 테스트 역시 총 8단계 중 6단계를 완료했다. 위 항성 추적기는 탐사선이 방향을 결정하는 데 도움을 주지만, 향후 사용될 네비게이션을 개발하기 위해서도 데이터를 모으고 있다. (관련 기사 바로 가기)

아르테미스 팀은 임무 14일 차 당일 오리온 탐사선의 열 제어 관련 추가 정보를 수집하기 위하여 새로운 비행 테스트를 계획했다. 오리온 탐사선은 임무 대부분 꼬리가 태양을 향하며 궤도를 돌고 있는데(태양 전지판이 전력을 얻기 위해서 태양을 향하고 있음), 새로운 비행 테스트는 오리온 캡슐의 꼬리가 태양을 향하는 각도에서 최대 20도까지 의도적으로 틀어서 전력의 수집 방향을 수정하게 된다.

이를 통해서 추가 데이터를 수집하는데, 위 테스트는 엔지니어들에게 아르테미스 2 미션에서 장착될 기구들의 열 성능 범위를 이해하는 데 도움을 줄 것이다. 참고로 3시간 이상 방향과 각도가 틀어지면 다시 정상 전력까지 회복하기 위해서 10시간 이상이 걸리게 된다.

임무 14일 차 11월 29일 미국 동부 표준시 기준으로 오후 4시, 오리온 캡슐은 지구로부터 424,866km, 달로부터 69,423km 정도 떨어져 있으며 시속 2,880km로 순항하고 있다.

비행 15일 차: 먼 역행 궤도를 떠나 지구에 복귀하기 위한 팀 투표를 진행하다

아르테미스 1 미션의 임무 관리팀은 비행 15일 차가 되던 날 함께 만나서 비행 테스트의 전반적인 상황을 검토하고, 오리온 탐사선이 돌고 있던 먼 역행 궤도를 떠나서 지구에 복귀할 준비가 되었는지에 관해서 팀 투표를 진행했다. 임무 관리팀은 미션의 진행상황에 현재까지 이상이 없음을 확인하며, 오리온 탐사선이 지구로 돌아올 준비가 되었다고 판단했다.

따라서 임무 15일 차인 11월 30일 오후 3시 53분(미국 중부 표준시 기준), 다음날 오리온 탐사선이 역행 궤도를 떠날 준비를 하기 위한 속도 감속을 수행하며 궤도 교정을 실시했다. 연소하는 동안 오리온 캡슐은 유럽우주국(ESA)에서 제작한 유럽 서비스 모듈의 보조 추진기 6개를 총 95초 동안 사용하였으며, 이를 통해서 탐사선의 태양 전지판 날개에 대한 추진기 등에 대한 추가 데이터를 얻을 수 있었다. 참고로 이전의 최대 분사 교정 시간은 17초에 불과했다.

2022년 11월 27일, 임무 12일째에 오리온 캡슐의 태양 전지판 끝 카메라로 포착한 달의 모습 © Artemis 1/NASA

아르테미스 1 미션 총책임자인 마이크 사라핀(Mike Sarafin)은 팀은 계속해서 비행 테스트 데이터를 수집하고 향후 승무원의 비행이 시행될 때 대한 위험을 낮추고 있다고 밝히며 이를 통해 전반적인 시스템이 어떻게 작동하는지, 어느 과정에서 여유가 있는지, 또 연료를 절약할 수 있는지 등에 관한 정보를 얻고 있다고 설명했다.

또한 아르테미스 팀은 오리온 캡슐이 지구로 귀환하면서 여러 가지를 테스트하기 위해서 4가지의 추가 테스트를 결정했다. 먼저 압력 제어 장치가 밸브를 여닫음에 있어서 해당 시스템의 누출률이 어느 정도 되는지 평가하며 아르테미스 2 미션에 대한 대비책으로 자세 기동 수행 능력을 평가한다. 또한 평소에 사용되는 6-자유도(degree of freedom) 모드와 다르게 3-자유도 모드로의 비행도 테스트한다.

임무 15일 차의 궤도 유지 보수에 총 2,576kg의 추진제가 사용되었으며, 이는 발사 전에 예상했던 값보다 92kg 적은 수치이다. 따라서 예상보다 총 908kg 정도의 연료가 남았으며 이는 발사 전 예상보다 44kg 정도 증가한 수치이다.

임무 15일 차 11월 30일 미국 동부 표준시 기준으로 오후 4시, 오리온 캡슐은 지구로부터 407,291km, 달로부터 81,917km 정도 떨어져 있으며 시속 3,302km로 순항하고 있다.

아르테미스 1 미션 관련 사진 찾아보기 – Johnson Space Center Flickr

아르테미스 1 미션의 오리온 캡슐은 현재 어디 있을까? – 실시간 트래킹 확인하기