지구 밖 천체 가는 한국 첫 위성…달까지 최대 9번 ‘궤적 수정’

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달과 지구 직선거리  38 만㎞지만
‘ 156 만 km  밖까지’ 독특한 경로
‘탄도형 달 전이방식’ 연료 감축

우주 아닌 달로 비행방향 바뀌는
다음달 2일 궤적 수정 가장 중요

‘다누리’는 지구궤도를 벗어나 다른 천체로 보내는 한국의 첫 탐사용 인공위성이다. 달 탐사용 궤도선 다누리가 발사에 성공하면서 향후 어떤 경로를 거쳐 달에 도착할지 관심이 쏠린다.

다누리는 ‘탄도형 달 전이방식( BLT )’이라는 방법으로 달로 향한다. 지구에서 이륙한 뒤  156 만㎞ 떨어진 먼 우주까지 날아갈 예정이다. 한국은 이렇게 멀리 인공적인 우주 물체를 보낸 적이 없다. 지금까지 한국이 만든 인공위성은 고도 3만 6000 ㎞의 정지궤도 이상 나아가지 못했다. 모두 지구의 중력에 묶여 있었다는 얘기다.

5일 오전 8시8분(한국시간) 미국 플로리다주 케이프커내버럴 우주군 기지에서 이륙한 팰컨9 로켓은 발사  40 분 뒤 다누리와 분리됐다. 발사  45 분 뒤에는 달로 가는 궤적에도 진입했다.  BLT 라고 부르는, 독특한 비행 경로에 올라타서 본격 여정을 시작한 것이다.

발사  92 분 뒤인 오전 9시 40 분에 지상국과는 첫 교신에 성공했다.

다누리는 발사  24 시간 뒤에는 ‘고이득 안테나’라고 부르는 접시형 통신장비를 펼친다. 이를 통해 높은 속도로 다량의 데이터를 지상국과 주고받을 계획이다.

발사 이틀 뒤에는 다누리가 달로 향하기 위한  BLT 를 정상적으로 구사할 수 있도록 ‘궤적 수정 기동’이 시작된다. 이때부터 4개월 반 동안 최대 9번 궤적 수정 기동이 실시된다.

가장 중요한 건 다음달 2일 실시될 기동이다. 이때부터 다누리는 비행 방향이 반대로 바뀌어 먼 우주가 아니라 달을 향하게 된다. 이런 과정을 거쳐 다누리는 올해  12 월 16 일 달 궤도에 진입하고, 같은 달  31 일부터는 관측 임무를 수행할 고도  100 ㎞의 달 상공에 안착한다.

다누리가 달로 가는 과정에서 가장 독특한 대목은 이런  BLT 를 사용한다는 데 있다.  BLT 의 특징은 목적지인 달에 가기 위해 달을 훌쩍 지나쳐 먼 우주까지 날아갔다가 되돌아오는 것이다.

사실  BLT 는 선뜻 이해하기 어려운 비행 방식이다. 달은 지구에서  38 만㎞, 다누리가 찍고 올 우주의 지점은 지구에서  156 만㎞ 떨어졌기 때문이다.

달에 가는 방법은  BLT  말고도 있다. ‘직접 전이’는  4~5 일이면 달에 다다를 수 있다. 지구에서 달로 직선 도로를 달리는 것처럼 날아간다. 미국 아폴로 우주선이 직접전이 방식으로 달에 갔다.

‘위상 전이’도 있다. 지구에서 출발해 공전 궤도를 타원형 형태로 점점 확장하다 달 궤도에 흡수되듯 진입한다. 위상 전이를 쓰면 한 달 정도 걸려 달에 도착한다. 많은 궤도선이 이 방법으로 달에 간다.

그런데도 다누리가 굳이 4개월 반이나 걸리는 우주 비행을 감수하는  BLT 를 선택한 건 연료 절감 때문이다.  BLT 는 비행 동력을 태양과 지구, 달의 중력에서 주로 얻는다. 이 때문에 연료 소모가 다른 비행 방식보다  25 % 줄어든다.

다누리가 연료를 줄이는 비행 방식을 고른 건 중량이 애초 계획보다 늘었기 때문이다. 동체가 무거우면 연료 소모도 많다. 다누리 중량은 개발 전에는  550 ㎏을 목표로 했지만, 결국  678 ㎏이 됐다.

이렇게 무거워진 다누리로도 달에서 임무를 수행할 수 있으려면 연료를 줄이는 비행 방식인  BLT 가 필요했다.

다누리는 우주에 나아간 뒤 경기 여주의 심우주 지상 안테나와 교신한다. 미국 항공우주국( NASA )이 운영하는 호주 캔버라, 스페인 마드리드, 미국 로스앤젤레스의 안테나도 활용한다.

항공우주연구원은 내년 중반쯤 다누리에 남은 연료량을 계산해 임무 기간을 연장할지 결정할 예정이다.