한국의 첫 달 탐사선 다누리가 17일 새벽(한국 시각) 달 궤도 진입을 시작한다. 우주로 향한 지 135일 만이다. 다누리는 달에 도착하기 위해 직선 경로가 아닌 돌아가는 길을 택했다.
14일 한국항공우주연구원에 따르면 다누리는 이달 17일 오전 2시40분쯤 달 궤도 진입을 위한 기동에 들어간다. 다누리는 지난 8월 5일 미국 플로리다주 케네디우주센터에서 스페이스X의 팰컨9 로켓에 실려 발사됐다. 달에 도착하는 데에만 135일의 시간이 소요됐다. 지난달 16일 아르테미스 1호에 실려 발사된 미국 달 탐사선 오리온이 26일 만에 지구로 귀환한 것과 비교하면, 다누리는 훨씬 긴 시간을 이용해 달로 날아갔다.
◇목표치보다 늘어난 중량에 직선거리보다 15배 긴 궤적 택해
다누리가 달 궤도에 도착하기 위해 항행한 거리는 누적 600만km에 달한다. 지구와 달 사이의 직선거리가 약 38만km인데, 직선거리의 15.7배를 더 날아서 달에 간 셈이다.
다누리의 누적 항행 거리가 직선거리와 크게 차이 나는 것은 늘어난 중량과 연관이 있다. 다누리의 원래 목표 중량은 500kg이었다. 하지만 개발과정에서 중량이 678kg으로 증가하면서, 연료를 아낄 수 있는 궤적이 필요했다.
다누리를 개발한 한국항공우주연구원(항우연) 달탐사사업단이 연료를 절약하기 위해 선택한 궤적은 '탄도형 달 전이 궤도(BLT)'다. BLT는 1987년에 고안됐지만, 다누리 발사 전까지 이 궤적을 사용한 탐사선이 단 3개일 정도로 난이도가 높은 궤적이다. 연료는 아낄 수 있지만, 궤적 설계 자체가 어려워 자칫 잘못하면 탐사선이 궤적에서 벗어날 수 있기 때문이다.
BLT는 지구에서 달을 향해 바로 날아가지 않고 우선 태양을 향해 가야 한다. 지구로부터 태양 방향으로 150만km 떨어진 지점에는 중력이 평형을 이루는 라그랑주 L1 포인트가 있는데, 이곳에서는 중력의 영향을 최소화할 수 있다. 다누리는 이 부근에서 궤적수정기동(TCM)을 통해 항행 방향을 바꿔 다시 지구 방향으로 돌아오게 된다. 이 과정에서 다누리는 지구와 최대 156만킬로미터 떨어진 지점을 지나갔다.
다누리가 지구쪽으로 방향을 트는 이유는 지구의 중력을 이용해 연료 사용을 줄이며 달로 가기 위한 것이다. 궤적을 이탈하는 것을 막기 위해 총 9차례의 TCM이 예정돼 있었는데, 이때 사용되는 연료는 다누리에 탑재한 전체 연료의 2~3%뿐이다. 그마저도 다누리가 순항하고 있어 4차례만 실시하고 나머지 TCM은 하지 않기로 결정돼 연료를 더 아낄 수 있게 됐다.
◇달 거의 도착한 다누리… 마지막 '급브레이크'가 관건
다누리가 지구의 중력을 이용하는 대신 아낀 연료는 어디에 쓰일까. 달 궤도에 도착한 다누리는 달 궤도에 진입하기 위해 달진입기동(LOI)를 실시해야 한다. 이때 다누리가 가진 전체 연료의 17.5%를 사용한다. 600만km에 달하는 긴 항행보다 속도를 줄이는 '급브레이크'에 더 많은 연료가 쓰이는 것이다. TCM 전 과정에 2~3%의 연료가 사용되는 점을 고려하면 굉장히 많은 양의 연료가 한꺼번에 분사되는 것이다.
많은 양의 연료를 한 번에 쓰는 것은 다누리의 속도가 완전히 줄어들어야 달 궤도에 안착할 수 있기 때문이다. 달 궤도에 진입하기 전 다누리의 비행 속도는 약 시속 8000km 정도인데, 첫 번째 LOI 때 속도를 시속 7500km까지 줄여야 한다. 주어진 시간은 단 10분이다.
속도를 줄이는 동시에 다누리는 달이 움직이는 속도에 맞춰서 궤도에 진입해야 한다. 달은 시속 3600km로 지구를 돌고 있다. 총알의 속도를 보통 시속 1800km로 보면 총알의 두배 속도로 움직이고 있는 셈이다. 다누리와 달 모두 빠르게 움직이고 있기 때문에 궤도에 진입하는 순간 작은 차이만으로도 문제가 생길 수 있다. 항우연이 LOI가 다누리의 성공을 좌우한다고 말하는 이유다.
만약 다누리가 첫 번째 LOI에서 감속이 제대로 되지 않으면 우주로 튕겨나가고, 너무 감속해버리면 그대로 달로 고꾸라진다. 첫 번째 LOI는 오는 17일 오전 2시 40분쯤 실시될 예정이다. 이후 다누리는 달 주변을 긴 타원형을 그리며 돌다가, 무사히 궤도에 안착하면 이달 말부터는 달 지표면 100km 상공을 원형으로 돌게 된다. 이후 다누리는 내달 1일부터 달 탐사 임무를 시작한다.