| 달 탐사선 창어 3호 발사 성공, 12일 후 달에 연착륙 | ||
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 □ 배경 2013년 12월 2일 1시 30분, 창어 3호 달 탐사 위성이 창정3B로켓으로 시창(西昌)위성발사센터(해발 1,500m)에서 발사되어 지구와 달 천이궤도 진입에 성공했다. 12일 후 달에 연착륙할 예정이다. 계획대로 창어 3호는 최근 수일간 상황을 보면서 궤도를 조금 수정하다가 12월 6일에 근월점에서 역추진을 하고, 10일부터 근월점에서 궤도 고도를 15km로 낮추고 14일에 탐사선이 착륙하며 15일에는 착륙선과 탐사차량인 ‘옥토끼’가 분리, 26일 최초로 달밤에 휴면상태에 들어간다. 21세기 인류가 발사하는 최초의 달 연착륙선인 창어 3호가 중국 최초로 지구 밖 천체에서 연착륙과 달 순시탐사를 실현하게 되며, 성공할 경우 중국은 러시아와 미국에 이어 세계 3번째로 독자적인 달 연착륙을 실시한 국가로 부상한다. 달 연착륙이 창어 3호 탐사임무에서 최대 난제이다. □ 임무 착륙선과 ‘옥토끼’호 탐사차량으로 구성된 창어 3호 달 탐사선은 총 무게가 3.8톤으로서 달 표면에 연착륙 한 후 탐사차량은 착륙선에서 나와 3개월간 과학탐사를 진행하고, 착륙선은 착륙지점에서 탐사를 진행한다. 창어 3호가 달에서 전개하는 과학적 실험은 달 기반의 광학망원경으로 천체 관측, 극자외선 카메라로 지구 플라스마층 관측, 달 관측 레이더로 순시 노선에 대한 달 지각의 얕은 구조 두께 단면 관측 등이 포함된다. 중국 달탐사 장기 계획의 3개 발전단계 목표를 보면, 제1단계는 무인 달탐사, 제2단계는 중국의 우주인을 달에 보내는 유인 달 상륙, 제3단계는 달의 자원과 에너지를 개발이용하고 달 기지를 구축하는 것이다. 창어 3호는 무인 달탐사의 제2단계에 속하며, 베이징시의 하이뎬구(430.8㎢)보다 작은 범위 밖에 탐사하지 못한다. 착륙선은 달에 착륙한 후 움직일 수 없으며 탐사차량 역시 멀리 가지 못하기 때문에 국지적인 정밀 탐사만 가능하다. 달의 밤 온도 영하 150-180도에 착륙선이 작동할 수 있는 원자력전지를 사용하였으며, 착륙선의 지구로의 귀환은 창어 5호에서 실현된다. 중국은 2017년에 달탐사 제3단계에 진입하여 탐사선 착륙 후 탐사차량으로 달 샘플을 채취하고 지구로 귀환할 예정이다. □ 신기술 창어 3호의 80% 이상 기술과 제품은 완전히 새롭게 개발되었는데, 공정과 과학적 목표에서 이는 비약적인 발전이다. 달 탐사는 중요한 과학적 가치와 경제적 가치를 지니고 있다. 달탐사공정의 많은 신기술과 신장비가 향후 민간분야에 응용될 수 있다. 창어 3호에 적용된 신기술은 많은 관련 우주기술에 대해 견인차 역할을 발휘한다. □ 달 궤도 도착시간 1호보다 7일 단축 창어 1호가 달 궤도에 도착하는데 280시간이 걸렸으며, 창어 2호에서 지구와 달 천이궤도에 직접 진입하는 발사기술을 검증하여 창어 3호에서는 1호보다 7일이 단축된 112시간 후에 38만km 밖의 달 부근에 도착한다. 근월 역추진을 거쳐 달과 100km 떨어진 원궤도를 그리고 12월 중순에 달의 시누스 이리둠(무지개 만)지역에서 연착률을 실현한다. □ 연착륙 및 3대 도전 달에는 공기가 없기 때문에 창어 3호는 지구 귀환모듈처럼 낙하산으로 감속할 수 없으며 제트엔진으로 역추진할 수 밖에 없다. 이를 위해 중국은 추력이 큰 역추진 엔진을 연구개발하고 착륙선의 속도를 조절하여 천천히 달에 접근한다. 착륙선은 신형 레이저 거리측정기를 사용하며, 또한 속도와 거리를 측정하는 레이더로 위치를 지정한다. 왜냐하면 구체적인 환경을 정확하게 포착할 수 없기 때문에 창어 3호는 지상에서 제어할 뿐만 아니라 장애물을 자체적으로 회피하는 기능도 확보하고 있다. 창어 3호는 감속 후 호버링(hobering)하면서 착륙지점을 빨리 진단해야 하며, 오랫동안 머뭇거려서는 안 된다. 호버링 1초에 1,000g의 추진제를 소비해야 하기 때문이다. 창어 3호는 천천히 착륙하며, 경사각은 15도 이하이다. 궁극적으로 신규로 설계한 ‘네발 달린 착륙용 완충장치’로 달에 착륙한다. 달 연착륙에서 3대 도전은 안정적인 착륙, 달 표면의 험한 지형에 적응, 최고 온도 150℃와 최저온도 -180℃에 저항하는 것이다. 연착륙을 위해 구소련과 미국은 수십 차례의 시험을 진행했으나 중국은 3번째 달 탐사 위성인 창어 3호로 연착륙을 수행한다. 구소련의 연착륙 전 탐사는 총 13회이고, 미국도 여러 번의 시험에서 실패 한 후에야 연착륙을 실현했다. 창어가 한 번으로 성공하려면 난이도가 높다. □ 위험요소 첫째, 제품이 새롭게 개발되어 품질 위험성이 상대적으로 성숙된 제품보다 높다. 둘째, 창어 3호의 많은 핵심 동작, 일환, 발생 사건은 잠시적이고 유일하다. 달에 착륙하기 시작하면 역으로 되돌려서 조절할 수 없다. 셋째, 달의 환경, 지형의 불확실성은 창어 3호의 최대 위험요소이다. □ 착륙선의 혁신 착륙선의 자체적인 내비게이션과 제어이다. 연착륙 과정은 수십 분에 불과하나 임무의 성패를 결정한다. 핵심인 내비게이션 센서는 새롭게 개발되었으며, 내비게이션 알고리즘, 소프트웨어는 모두 자주혁신으로 설계를 수행한 것이다. 착륙선 추진제의 경우, 중국의 우주선에서 최초로 사용하는 가변추력 엔진을 연구개발하였다. 이는 창어 3호에서 가장 대표적인 부품의 하나이다. 착륙용 완충장치는 달에 접근할 시 엔진을 끄는데, 이는 자유낙하 과정이다. 착륙 에너지는 완충장치로 흡수하여 전체 착륙선 착륙의 안정성을 확보한다. □ 옥토끼호 탐사차량의 핫이슈 탐사차량에서 가장 주목을 모으는 것은 바퀴가 6개인 모바일 서브시스템과 유도 내비게이션 및 제어시스템(GNC시스템)이다. 탐사차량은 지상에서 원격조종하나 독자적인 내비게이션과 장애물 회피 기능도 지니고 있다. 최대의 도전은 추운 달밤이며, 해가 뜨면 태양 높이각도가 어느 정도 높이에 도달해야 자동적으로 감지하고 작동할 수 있다. □ 정확한 관측 보장 중국전자과기그룹이 건설을 담당한 중국 최초의 심우주 관측 안테나가 연구개발에 성공하여 사용에 투입되었다. 창어 3호 임무의 최대 핫이슈와 난제가 바로 ‘달 착륙’과 탐사차량의 순시탐사로서 극히 정확한 관측제어를 필요로 한다. 심우주 관측 안테나를 바탕으로 구축된 관측소는 신쟝 커스(喀什)지역의 지름 35m 관측소, 상하이시의 지름 65m 전파망원경과 함께 심우주 관측망을 구성하여 창어 3호 임무수행을 위한 관측보장을 제공한다. 심우주 관측 안테나의 핵심기술은 100% 독자 개발된 것이며 지름은 66m로 아시아 최대이고 세계 5위, 우주에서의 관측거리는 최장 4억km로 세계 심우주 탐사에서 최장거리이다. □ 선진국과의 차이 중국의 달탐사공정이 지난 10년간 획기적인 성과를 이룩했으나 달 탐사수준은 여전히 미국, 러시아 등 우주대국에 비해 어느 정도 차이가 있다. 세계 최초로 달의 연착륙에 성공한 달 탐사선은 구소련이 1966년에 발사한 루나 9호이다. 미국은 지금까지 유인 달 상륙을 실현한 세계 유일의 국가이며, 1969년 미국 우주비행사 닐 암스트롱이 달에 상륙했다. 21세기에 들어 유럽연합(EU), 일본, 인도 등지는 모두 달탐사활동을 진행했다. 중국의 우주활동은 경쟁을 위해서가 아니며, 중국의 달탐사공정은 개방된 것으로 각 국가의 협력 참여를 환영한다. □ 결론 중국의 달탐사공정은 시작이 늦었으나 단계별 수준은 높으며, 투입이 적으나 수익이 높다. 2007년 10월 24일에 발사한 창어 1호는 중국이 독자적으로 연구개발한 위성을 달 궤도에 진입시켜 최초의 달 사진을 획득했다. 2010년 10월 1일에 발사한 창어 2호는 세계 우주영역에서 많은 기록을 창조하여 창어 3호의 달 연착륙을 위한 경험을 쌓았다. 중국은 2020년에 달에서 무인 샘플채취 귀환을 실현하고 무인 달탐사공정의 3개 탐사단계 임무를 수행하여 차기 유인 달 탐사를 위한 기반을 마련할 전망이다. 정보출처 : http://www.wokeji.com/special/2013change/zxdt/201312/t20131202_595602.shtml |
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