본궤도 오르는 한국형 달 착륙선 개발사업...성능·임무는

'달 탐사 2단계 사업' 예타조사 대상 선정
항우연, 2024년부터 9년간 6184억원 투입
2031년 달 궤도 100Km 상공서 하강 추진
고난도 '연착륙 기술' 개발·실증 중요

한국형 달 궤도선(KPLO)과 달 착륙선 임무 상상도. 사진=한국항공우주연구원

2030년대 초 발사를 목표로 하는 한국형 달 착륙선 개발 사업이 본궤도에 오른다. 올해 한국형발사체 누리호 발사 성공과 한국형 달 궤도선 다누리의 순조로운 비행 등 성과 속에서 달 착륙선 개발에 얼마나 더 비약적 기술이 집약될 것인지 주목된다.

지난달 31일 국가 연구개발(R&D) 사업 평가 총괄위원회를 통해 예비타당성조사 대상에 선정된 '달 탐사 2단계 사업'은 달 착륙 시 장애물 탐지와 회피, 자율·정밀 연착륙이 가능한 1.8톤급 달 착륙선 시스템을 개발하는 것을 골자로 한다.

한국항공우주연구원에 따르면 예타 통과를 전제로 달 착륙선 개발은 2024년부터 2032년까지 9년간 총 6184억원을 투입해 독자 개발을 완료, 앞으로 개발 예정인 차세대 한국형 발사체를 활용해 달에 보낼 계획이다.

달 착륙선 개발은 앞서 지난 8월 발사 이후 달 궤도까지 순항 중인 다누리보다 기술적으로 더 높은 난도가 요구된다. 달까지 도착 기간을 사흘로 목표하는 '직접 전이' 또는 30일이 소요되는 '위상 전이 궤도'를 사용하기 때문이다. 연료 절감을 위해 다누리가 달 궤도 진입까지 130일 이상이 소요되는 탄도형 달 전이궤도(BLT) 방식으로 운영되는 것과는 완전히 다른 형태다.

이에 따라 달 착륙선 개발 사업은 '연착륙실증' 부분에 있어 정밀한 검증이 요구된다.

달 궤도선 운영 시나리오. 사진=한국항공우주연구원

현재 달 착륙선은 2031년 12월에 달 궤도 100㎞ 상공에 진입한 후 동력 하강 장치를 이용해 달 표면에 연착륙하는 시나리오로 계획돼 있다.

이를 위한 연착륙 기술은 현재 미국과 중국만이 자력으로 보유할 만큼 고난도 기술에 속한다. 이를 위해 달 착륙선은 착륙 궤적 설계 기술, 달 표면 상대 항법 기술, 자동화 착륙 제어 및 운영 기술, 대용량 추진 시스템 기술, 착륙용 구조체 설계 기술, 달 착륙 시험 검증 기술 등을 필수 핵심기술에 포함해 개발이 추진될 예정이다.

이를 위해 달 착륙선 추진 시스템은 420뉴턴(N)급 주 엔진 3개, 220N급 보조엔진 6개, 20N급 자세 제어용 추력기 16개로 이뤄질 예정이다. 최대 속력은 초속 3.5㎞급, 탑재 연료량은 달 착륙선 총 중량인 1.8톤 가운데 67%를 차지하는 1200㎏이다.

달 착륙선 예상 구성도. 사진=한국항공우주연구원

달 착륙선은 8각형 구조로 설계된다. 추진체 외 고정형 랜딩기어 4개, 측면과 상판에 고정형 태양 전지판이 설치된다. 측면에는 달 착륙선 과학 임무 중 하나인 달 표면 탐사 이동성 확보 수행을 위해 20㎏ 내외 초소형 탐사 로버를 수납·전개하는 장치도 설치된다.

이외 달 착륙선 본체에는 달 자원 활용을 위한 추출 및 공정 기술 실증을 위한 월면토 휘발성 물질 추출기와 달 극한환경 전력기술 검증을 위한 원자력 전지 소형 전력장치가 실린다. 이를 활용해 달 표토층 자원 채광·가열·분석·추출 및 열 손실을 최소화하면서 최대 전기 출력을 내는 기술을 시험하게 된다.

달 착륙선 개발은 예타 이후 내년부터 사업 계획 및 예산이 확정되면 2024년 1월부터 항우연의 본격적인 개발이 이뤄진다. 현재 목표는 2026년까지 예비 설계를 완료하고 2028년 상세 설계, 2030년 조립까지 마친 뒤 2031년 최종 검사 및 발사, 착륙을 완료하는 것이다. 이런 가운데 정부가 최근 국가 R&D 사업 예타 제도에 패스트트랙 도입과 함께 후속 단계 계획 구체성이 부족하더라도 초기 계획이 합리적이면 사업이 먼저 개시될 수 있도록 하는 방안을 내놓으면서 달 착륙선 개발 사업에 가속도가 붙을 수 있을지 주목된다.

이인희기자 leeih@etnews.com