[D-4]'다누리'는 왜 달로 직행 않고 멀리 '돌아'갈까?

연료 소모와 속도의 상충관계..임무따라 다른 궤도 선택
다누리, 당초 1~2개월 소요 궤도였지만 무게 문제로 4개월 소요 궤도로 변경

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 인류 최초의 유인 달 착륙에 성공한 아폴로 11호는 지구를 떠난 지 4일만에 도착했다. 8월5일 지구를 떠나는 한국 최초의 달 탐사선 '다누리'는 4개월 반이 걸린다. 이러한 차이는 왜 발생할까?

지구에서 달을 향해 가는 방식에는 크게 △직접 전이 △WSB전이 △위상 전이 △나선전이 등 4가지 방식이 있다.

아폴로 11호는 지구에서 달을 향해 포물선을 그리며 가장 빠르게 가는 방식인 '직접 전이'를 택했다. 사람을 달까지 보내는 임무인 만큼 가장 빠른 방식을 택한 것이다.

사람이 아닌 탑재체만 싣고 가는 '다누리'는 돌아가지만 연료는 덜 소모하는 WSB/BLT전이를 이용한다.

전이별 장단점과 임무의 성격에 따라 활용하는 비행 궤도가 달라진다.

◇달 탐사 궤도…연료 소모와 속도 사이의 선택

직접 전이는 속도가 장점이지만, 연료 소모가 많다는 것이 단점이다. 달에 안정적으로 진입하기 위해서는 달에 도착했을 때 속도를 줄여야 한다. 직접 전이를 방식에서는 속도가 빠른 만큼 감속도 많이 해야하기 때문에 감속 시 연료 소모도 극심하다.

연료 무게를 늘릴수록 탐사선에 싣고갈 탑재체에 할당할 수 있는 무게가 줄어들고 설계 난도도 높아진다. 그러므로 시급하지 않은 무인 달 탐사에서는 '돌아가는' 방식인 나머지 방식을 사용하기도 한다.

이번에 다누리는 저에너지 전이라고도 불리는 WSB전이 방식을 택했다. BLT궤도를 이용하는 이번 다누리의 비행은 태양의 중력을 이용해 태양 쪽으로 멀리 돌아가는 대신 연료 소모량이 상대적으로 적다.

원래 다누리는 지구 중력을 활용해 지구 주변을 돌면서 달로 진입하는 '위상전이' 방식으로 비행할 예정이었다.

위상전이 방식으로 달에 도달하는 데에는 1~2개월 정도 걸리는 대신, WSB/BLT전이 방식보다 연료 소모가 많다.

한국항공우주연구원이 위상전이 방식을 포기하고 WSB/BLT 전이를 이용한데에는 무게 문제가 있었다. 당초 다누리의 무게는 550㎏을 목표로 기획됐으나, 설계가 진행되면서 628㎏까지 조정됐다. 이에 따라 연료가 부족해졌고, 임무 기한도 1년을 채우지 못하게 된 것.

이번 다누리에는 미 항공우주국(NASA)의 '섀도캠' 탑재체가 실려 가는 협업이 이뤄지는데, NASA가 새로운 궤적인 WSB/BLT를 제안했다.

한국항공우주연구원 연구팀은 이 제안을 수용해, 궤도를 설계하고 NASA와 궤도 검증을 거쳐 이번 비행 방식이 결정됐다.

◇다누리, 600만㎞ 날아 달 고도 100㎞ 궤도 안착이 목표

다누리는 8월3일 오전 8시20분께 발사 후, 45분이 지나면 본격적인 BLT궤도에 진입한다.

달 전이 궤적에 진입한 다누리는 태양전지판, 안테나 전개 등 정상 운영을 위한 작동 및 점검을 수행한다.

점검 이후에는 약 4개월 반 동안 총 궤적 수정 기동을 수행하여 계획한 궤적을 따라 달에 접근, 12월16일 달 궤도에 도착한다.

달에 도착한 다누리는 달 궤도에 포획되고 달 표면에서 100㎞ 고도의 원 궤도에 안착하기 위한 진입 기동을 수행한다.

성공적으로 달 고도 100㎞ 궤도에 진입하면 2023년 1월 시험기동을 시작해 2월부터 본 기동을 한다. 다누리는 하루 12회 달을 공전하면서 달을 관측한다.

seungjun241@news1.kr