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아폴로 착륙 50년, 달로 향하는 세계의 도전

[생생일본통]일경 사이언스, 日 도전 유인 탐사 로드맵 소개
자료제공=해동일본기술정보센터, 정리=김지영 기자 orghs12345@HelloDD.com 입력 : 2019.08.22|수정 : 2019.08.22
대덕넷이 매주 목요일 일본 과학기술 및 산업계 최신 동향을 소개하는 '생생일본통'을 연재합니다. 해동일본기술정보센터의 지원을 받아 일본의 기술서적과 정기간행물, 일본 정부 산업계 백서 등 다양한 정보를 번역해 제공합니다. 더 많은 최신 일본 기술정보는 해동일본기술정보센터 홈페이지를 통해 확인 할 수 있습니다.<편집자 주>

노후화되고 있는 국제우주정거장을 대신할 새로운 우주정거장이 달에 만들어질 계획이다. 이름은 '게이트웨이(Gateway)'. 미국이 추진하는 이 프로젝트에 유럽, 캐나다, 일본, 러시아 등이 참여의사를 밝힌 상태다.

미국은 2024년 게이트웨이를 거점으로 유인 달 착륙을 실시할 계획이다. 일본도 2020년대 말까지 유인탐사를 계획 중으로 로드맵을 구상하고 있다. 일본우주항공연구개발기구(JAXA)와 도요타자동차가 달을 누빌 로버(탐사차)를 검토하고 있고, 일본의 우주 벤처기업은 내년에 달 궤도 탐사체를 발사할 계획이다. 민과 관도 2년 후 각각 달 착륙 탐사체를 발사할 계획이다. 

올해는 아폴로 달착륙 50주년이 되는 해다. 우주를 정복하기 위해 미국과 일본, 중국 등이 어떤 로드맵 전략을 짜고있을까. 관련 내용을 일경사이언스가 8월호 기획기사에 실었다. 자세한 내용을 하단에 소개한다. 
 
[ Key concepts ] 달에 건설하는 '게이트웨이(Gateway)'

▶ 달궤도 우주정거장 '게이트웨이’를 일본 및 미국 등 국제 공동으로 건설하는 계획이 추진되고 있다.
▶ 미국은 2024년에 게이트웨이를 거점으로 유인 달 착륙을 실시하는 계획으로 일본도 2020년대말까지 유인탐사를 한다는 구상을 가지고 있다.
▶ 유인탐사의 준비를 위해 일본에서는 내년에 달 궤도 탐사기를 민간기업에서 발사한다. 2년 후에는 민∙관이 각각 달 착륙 탐사기를 발사한다는 계획이다.

일본인 우주탐사차가 달의 남극 근처의 황량한 대지를 누비는 광경을 10년 후에는 볼 수 있게 될지도 모른다. JAXA와 도요타자동차는 올해 3월, 국제우주탐사 미션에서의 협업을 검토한다고 발표했다. 그 제1탄으로서 달표면 유인탐사의 이동기지가 될 '여압식(与圧式-기압을 높임) 로버'를 검토하고 있다고 밝혔다.

JAXA와 도요타는 작년 5월부터 기초적인 검토를 시작하고 있으며 그 결과를 토대로 여압식 로버에 의한 달 탐사 미션의 이미지 영상도 발표되었다. JAXA는 예전부터 유인 달 탐사 구상을 공표해 왔으나, 도요타가 검토에 합류하게 되면서 달 탐사에 대한 현실감이 더해졌다. 양사가 이번 미션을 중시하고 있다는 사실은 발표 장소에 나타난 멤버들만 봐도 알 수 있다. JAXA측은 유인우주기술부문을 총괄하는 이사직에 베테랑 우주비행사인 와카타(若田) 씨를, 도요타 측은 기술부문을 총괄하는 부사장에 데라시(寺師) 씨를 임명했다.

와카다 씨가 발표한 JAXA의 미션 구상에 따르면, 탐사하는 것은 달 뒷면의 남극 근처에 있는 아이트켄 분지다. 직경 2500km, 깊이 13km에 달하는 달에서 가장 큰 분화구로서 일본열도가 그 안에 쏙 들어갈 정도의 규모다. 이 분지 주변의 5지역을 여압식 로버 2대를 이끌고 각 지역을 42일간(주행거리 1000km)의 일정으로 탐사한다는 계획이다. 

로버에 탑승하는 것은 일본인 우주비행사를 포함한 4명의 국제 팀이다. 1지역 탐사가 종료되면 비행사는 달의 주회 궤도 상에 있는 우주스테이션으로 돌아간다. 이에 반해, 로버는 무인으로 차기 탐사지를 향한다. 탐사 기간은 2029년부터 2034년. 다시 말해 탐사 개시는 10년 후부터이다.

한편, 데라시 부사장은 새로운 미션에서 사용할 유압식 로버의 구상을 발표했다. 이 같은 유압식 로버는 마이크로 버스 2대에 해당하는 대형 6륜차이며 2명의 우주비행사가 우주복을 입지 않고도 장기간 체류할 수 있는 정도(3640mm*7280mm)의 거주 공간을 보유할 계획이다. 태양광 배터리를 장착하고 있지만 주요 전원은 수소와 산소를 반응시켜 발전하는 연료배터리로서 완충된 상태로 1000km를 주행할 수 있다.

발전(發電)의 부산물인 물은 냉각수나 음료수로서 활용하고 수소와 산소는 지구로부터 가져온다. 탐사 지역인 남극 근처에서 얼음의 존재가 확인되어 그와 같은 장소에 태양광 발전에 의한 물의 전기분해 설비의 설치가 가능하게 된다면 수소와 산소를 현지에서 조달하는 새로운 길이 열리게 될 것이다.

여압식 로버의 요소 기술인 연료 배터리나 차량의 자동화, 자율주행 기술, 인공지능, 위성 및 타 차량 등의 정보 네트워크는 모두 도요타가 주력하고 있는 분야다. 달에서의 낮은 120℃, 밤은 -170℃의 혹한, 혹서로 공기가 존재하지 않으며 높은 에너지의 우주선(線)과 태양의 강한 자외선이 내리쬐게 된다. 이 극한의 환경 속에서 사막과 같은 달의 바다를 주행해 크레이터(분화구)의 급경사를 오르내리며 6년간의 탐사를 통해 총 주행거리 1만km를 실시하는 여압식 로버는 궁극의 '슈퍼 카'라고 할 수 있다. 자동차 제조사에게 있어서 커다란 도전이지만, 데라시 부사장은 프로젝트 참여에 대해 "엔지니어에게 그 이상의 기쁨은 없다"라고 말했다.

혹한과 혹서의 달표면에 직접 닿는 차륜의 타이어도 중요한 개발 문제로, 브리지스톤이 연구에 참여한다고 올 4월에 발표했다. 와카타 이사는 3월의 발표에서 "우리나라의 기술력을 결집시켜 '팀 재팬’으로서 개발에 주력해 나가는 것이 중요하다"라는 방침을 제시하고 있어 차륜에서의 협업은 더욱 확대될 전망이다.
일경 사이언스가 8월호 기획기사를 통해 달을 정복하기 위한 일본과 미국, 중국의 우주정책에 대해 소개했다. <사진=해동센터 제공>일경 사이언스가 8월호 기획기사를 통해 달을 정복하기 위한 일본과 미국, 중국의 우주정책에 대해 소개했다. <사진=해동센터 제공>

- 달 주회 궤도에 우주스테이션 건설 
이와 같이 달표면 유인 광역 탐사를 구상대로 10년 후에 시작하기 위해서는 그 때까지 무인에 의한 달 탐사는 물론, 소규모 유인 탐사를 착실히 진행할 필요가 있다. 거점이 되는 달의 둘레를 도는 우주스테이션의 건설, 여압식 로버 및 그것을 운반하는 대형 착륙선 등을 개발하는 것이 대 전제로 깔려있어야 한다. 그 대부분은 일본 단독이 아닌 각국과의 연계를 통해 추진하게 된다. 기반이 되는 것이 지구 주위를 회전하는 국제우주스테이션을 운용하고 있는 국제협력 시스템이다.

국제우주스테이션을 운용하는 일본, 미국, 유럽, 러시아의 우주기관은 최근 몇 년 동안 달 둘레를 도는 우주스테이션인 '게이트웨이’의 기술 검토를 추진해 왔다. 게이트웨이는 지구를 둘레를 도는 국제우주스테이션의 소형 버전이다. 이곳을 거점으로 유인 달 탐사, 뿐만 아니라, 나아가서는 유인 화성 탐사를 실시한다는 계획이다.

구상을 주도하고 있는 미국은 게이트웨이를 구성하는 자국의 거주 모듈 및 게이트웨이에 우주비행사를 실어 보내는 초대형 로켓의 SLS의 개발을 추진하고 있으며 2022년에는 전력 공급과 추진 기구를 갖춘 최초의 모듈을 발사할 방침이다. 미국 외에는 캐나다가 올해 2월에 게이트웨이에 정식 참가한다고 발표했다. 일본, 유럽, 러시아는 각각 국내 및 지역 안에서 조정 중에 있다.

3월 5일에는 국제우주스테이션에 관련된 각국 우주기관의 상급 회의가 개최되어 게이트웨이의 기본 구성이 정해져 각국의 업무분담에 관한 안건이 발표됐다. JAXA는 게이트웨이의 국제 거주모듈을 유럽우주기관(ESA)과 공동으로 건설할 뿐만 아니라, 게이트웨이에 물자를 보급하는 역할도 담당하게 된다. JAXA는 현재, 차기 기간로켓인 'H3'를 사용해 국제우주스테이션에 물자를 운반하는 무인 운송기 'HTV-X'를 개발하고 있다. 이것을 개조해 빠르면 2026년까지 게이트웨이로 발사하는 것을 검토하고 있다.

3월 26일, 미국은 유인 달착륙 목표 해를 2028년에서 2024년으로 4년 앞당긴다는 방침을 발표, 게이트웨이의 건설 계획도 재검토하게 되었다. '우주 강국'을 목표로 하는 중국에 대항하기 위해서이다.

중국은 지구 둘레는 도는 우주스테이션 '천궁(天宮)'을 운용해 유인 우주기술에 깊이를 더하고 있다. 또 탐사기 창어(嫦娥)를 달에 보내 달 표면의 상세한 상황을 조사하고 있다. 올해 1월에는 창어 4호가 인류 역사 상 처음으로 달 뒷면에 착륙, 탐사에 성공했다. 올 12월에 발사 예정인 창어 5호와 그 후속기인 창어 6호는 각각 달의 북반구 중위도 부근과 남극 부근의 시료를 채취해 지구로 가져오는 샘플 리턴을 계획하고 있다. 그 앞에 있는 커다란 목표가 바로 유인 달 착륙이다.

미국 트럼프 정권에게 중국보다 먼저 유인 달 착륙을 실행하는 것은 필수 목표이다. 3월 26일에 개최된 미국 국가우주회의에서는 펜스 부통령이 의장에 등단, 중국의 달 탐사의 진전에 대해 거론하면서 유인 달 착륙을 4년 앞당긴다고 표명하며 "미국은 20세기에 최초로 달에 도달한 국가가 되었던 것처럼 21세기에는 달에 우주비행사를 다시 보내는 최초의 국가가 될 것이다"라고 연설했다.

이와 같이 방침이 변경됨에 따라 미국 항공우주국(NASA)은 2024년의 유인 달 착륙을 주요 목표로 하는 '아르테미스 계획’을 5월에 발표했다(계획명의 아르테미스는 그리스 신화의 달의 여신으로, 아폴로 계획의 이름의 유래인 태양신 아폴로와 쌍둥이 형제이다)

당초 계획은 2028년에 게이트웨이로부터 4명정도의 우주비행사를 달의 어딘가의 지역에 보낼 예정이었으나, 아르테미스 계획에서는 2024년에 3~4명의 비행사를 게이트웨이에 보내 그 중 2명(미국 비행사의 남녀 각1명)을 달의 남극 근처에 착륙시킨다. 남은 1~2명은 게이트웨이에 체류하면서 달 표면에서의 활동을 지원한다.

아르테미스 계획에 의한 게이트웨이 건설은 2단계로 진행이 된다. 제1단계예서는 스피드를 중시해 2024년에 유인 달 착륙을 실현하기 위해 필요한 최소한의 기능을 갖춘 우주스테이션을 미국 주도 하에 건설한다. 이어서 2단계에서는 당초 계획했던 규모까지 우주스테이션을 확장, 2028년을 목표로 지속적인 달 탐사를 실현할 수 있는 체제를 국제협력으로 구축해 나갈 계획이다.

- 21세기의 달 탐사, 일본의 탐사체도 내년에 달을 향해 발사 
일본의 달 탐사도 이러한 조류(潮流) 속에 있다. 달 탐사는 10년 정도 멈춰있었으나, 내년에는 일본발 우주 스타트업 기업인 아이스페이스(ispace)가 탐사체를 달 궤도에 진입시킬 예정이다.

아이스페이스도 구글∙루나X프라이즈로부터 탄생한 신흥기업이다. 민간으로부터 100억엔 이상을 조달해 달 표면 탐사 프로그램인 'HAKUTO-R'을 추진하고 있다. 달 착륙선 2대를 만들어 미국 스페이스X의 로켓으로 발사시킨다.

첫 번째 탐사기는 내년 중순에 달 주회 궤도에 투입해 기본 성능을 실증, 이듬 해인 2021년 중순에 두 번째 탐사기를 달에 착륙시킨다는 계획이다. 커뮤니케이션 매니저인 아키모토(秋元) 씨는 "착륙선의 기본 설계는 작년 8월에 마쳤으며 현재는 실제 기기의 세부 설계의 최종 단계에 돌입했다"고 말했다.

- 핀포인트 착륙에 도전하는 SLIM 
- 국제 협력으로 남극 근처를 탐사 

SLIM의 차기 JAXA 계획은 2023년경 일본과 인도와의 협력에 의한 달 남극 탐사이다. 일본의 탐사차를 인도의 착륙기에 탑재해 일본의 차기 기간(基幹) 로켓인 'H3'을 통해 달 상공까지 운반한다. 2023년경이 되면 미국과 중국도 달의 남극 근처에서 탐사하고 있을 것으로 예상된다.

인도 그룹은 올해 실시할 예정인 인도의 찬드라얀 2호(Chandrayaan-2)에 의한 남극탐사의 지견 및 SLIM에서 실증하는 기술을 사용해 수자원 유망 지역에 핀포인트로 착륙, 탐사차에 탑재하는 지중탐지 레이더 및 굴삭 장치 등을 구사해 수자원의 상황을 조사할 계획이다. JAXA의 사사키(佐々木) 씨는 "내년도에 예산이 편성된다면 본격적으로 준비를 시작할 것이다"라고 말했다.

그 다음은 유럽과 캐나다의 협력에 의한 '헤라클래스(HERACLES)' 계획으로 2026년경에 실시할 예정이다. 달표면 광역탐사와 샘플 리턴이 목적으로, 캐나다의 탐사차와 유럽의 이륙기를 일본의 착륙기에 탑재해 유럽의 차기 기간로켓 '알리안 6’으로 발사한다.

그 때쯤엔 게이트웨이도 가동하고 있을 예정이므로 달의 샘플을 탑재한 이륙기는 게이트웨이와의 랑데부를 통해 우주비행사가 지구에 귀환할 때 가져오게 된다. 착륙 지점으로는 달의 남극 근처나 달 뒷면이 후보로 거론되고 있다. 남극 근처의 경우에는 일본과 인도의 협력에 의한 극지역 탐사 경험을 활용할 수 있다.

사사키 씨는 "헤라클레스는 유인용 달 탐사 기술의 실증으로 자리매김을 했다"라고 설명했다. 실제로 헤라클레스의 탐사 흐름은 우주비행사가 관여하지 않는다는 점을 제외하고는 JAXA와 도요타가 올해 3월에 발표한 유인탐사미션의 구상과 거의 동일하다. 사사키 씨에 따르면 2030년대는 달 개발이 본격화 될 것으로 보여 그 곳에서 일본이 존재감을 나타내기 위해서는 독자적 유인 달 탐사 기술을 갖고 있는 것이 중요하다.

일본인 우주비행사가 함께 할 유인 달 탐사가 2029년에 시작된다고 한다면 앞으로 10년이 남았다. "그리 먼 미래의 이야기가 아니다"라고 도요타 부사장인 데라시 씨는 3월의 발표에서 말하고 있다. 데라시 씨에 따르면, 자동차 개발에 걸리는 기간이 대략 4년정도이며, 유압식 로버가 완전한 신규 영역이라는 점을 감안하면 "10년 있어도 부족할 만큼, 여러 가지를 검토할 필요가 있지 않을까 생각한다"고 설명하고 있다.

앞으로 10년, 달 탐사를 둘러싼 상황은 해외는 물론 일본에서도 크게 달라질 것이다.

<해동일본기술정보센터는 김정식 대덕전자 회장의 기부금으로 설립된 비영리 일본 기술정보센터입니다. 후학들이 선진 일본기술을 습득해 기술강국을 만드는데 기여했으면 하는 바람으로 2010년 3월 서울대학교 관악캠퍼스 공과대학 내에 개소했습니다. 다양한 일본 기술 서적과 일본 정부·산업계 백서, 기술보고서 등을 보유, 온·오프라인으로 정보를 제공하고 있습니다. 매주 발행되는 주간브리핑 신청은 hjtic@snu.ac.kr 로 가능합니다.>
 
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