인류를 다시 달에 보낸다 ‘아르테미스 계획’

미 항공우주국 나사(NASA)가 2024년까지 달에 인류를 다시 보내는 아르테미스 프로젝트를 구상하고 있다. 아르테미스 프로젝트는 어떻게 달을 목표로 하고 있을까.

나사는 지난 1968∼1972년까지 9차례에 걸쳐 유인 우주 비행으로 달 탐사를 실시했다. 그 결과 아폴로계획을 통해 12명이 달에 다녀왔다. 이어 2019년 5월 새로운 달 탐사 임무인 아르테미스 계획을 발표한다. 이 임무는 단지 달에 사람을 보내는 것 뿐 아니라 달과 그 주위에 장기간 인간을 유지킬 수 있도록 해 화성 탐사 미션을 준비하기 위한 임무를 겸하는 것이다. 다시 말해 아르테미스 계획은 화성에 유인 임무를 수행하기 위한 예행연습을 달에서 실시하는 것이라고 생각하면 된다.

아르테미스 계획은 우주 탐사에 있어 가장 중요한 요소인 우주비행사를 염두에 두고 설계 테스트하는 계획이다. 우주비행사를 보내기 위한 우주선에는 오리온을 이용한다. 오리온은 3개 모듈로 이뤄져 있으며 우주인이 탑승하는 건 승무원 모듈로 4명까지 수용할 수 있다. 크루 모듈은 다른 모듈과 연결하는 도킹 포트, 바닥에는 열을 차단하는 방열 장치를 탑재했다. 또 크루 모듈 아래 서비스 모듈은 승무원의 생명 유지 장치와 자체 엔진, 연료를 싣고 있다.

크루 모듈 상단에는 발사 모듈이 설치되어 있다. 이는 크루 모듈을 안전하게 당기는 역할을 맡는다. 발사 모듈에는 고체 로켓 엔진 3개가 탑재된다. 그 밖에 화물창 등을 갖췄다. 로켓 자체는 대형 발사 로켓 시스템 SLS를 이용하는데 나사 측은 SLS가 세계에서 가장 강력한 로켓이라고 설명한다. SLS가 아폴로 계획에 쓰인 로켓 새턴V보다 뛰어나다는 것.

발사대에 설치된 연료를 공급한 상태의 SLS 총중량은 2,700톤에 이른다. 또 이 중 2,360톤은 연료다. 이런 SLS는 일단 엔진을 점화하면 로켓을 막을 수 없다. 처음에는 RS-25 엔진 4개와 확장 고체 로켓 부스터 2개가 점화되며 엔진 점화 2분이 경과하면 발사 모듈 연료가 고갈되며 SLS에서 분리된다. 또 점화 8분 뒤에는 로켓 코어 스테이지 부분에 실린 연료가 소비되며 코어 스테이지도 분리된다. 그 다음 짧은 시간 EUS가 점화되며 오리온이 지구 궤도에 타게 된다.

이 때 승무원은 오리온을 검사하고 시스템이 우주를 여행할 준비가 됐는지 확인해 EUS 엔진을 재점화한다. 그리고 지구 궤도상에서 오리온은 이탈을 도모한다. 궤도에서 이탈 시점에 따라 오리온 속도는 변화하기 때문에 엔진 재점화 타이밍은 상당히 중요하다.

지구 궤도에서 떨어져 며칠이 지나면 EUS 엔진 연소가 끝난다. 여기에서 EUS를 분리하고 달에 도달하면 아르테미스 계획과 아폴로 계획의 근본적인 차이가 더 명확해진다. 아폴로 계획은 우주선을 달 착륙 기계 수송에 사용했다. 하지만 아르테미스 계획은 전혀 다른 접근 방식을 취한다. 달 미션에 필요한 모든 건 이미 상업 혹은 글로벌 파트너가 사전에 달 주변에 준비되어 있기 때문이다.

달 미션에 이용하는 시설 중에는 달 궤도에 들어설 달 궤도 플랫폼 게이트웨이도 포함되어 있다. 달 궤도 플랫폼 게이트웨이에서 강력한 달착륙선을 사전에 준비하고 있으며 통신 설정에도 활용하게 된다. 또 달 궤도 플랫폼 게이트웨이는 개방형 표준으로 설계해 새로운 미션과 파트너십을 통해 자유롭게 확장할 수 있다. 또 달 궤도 플랫폼 게이트웨이는 궤도를 조정하는 것도 가능하다. 이는 아폴로 계획 당시에는 실현 불가능한 것이었다.

달 궤도 플랫폼 게이트웨이의 궤도를 조정하는 진정한 목적은 우주정거장을 달 궤도에 올려놓기 위한 것이다. 우주 탐사는 상업적으로도 확산되고 있기 때문에 달 궤도에 달 궤도 플랫폼 게이트웨이를 배치할 수 있다면 이 게이트웨이는 지구와 그 앞에 존재하는 모든 것과의 이상적인 허브가 될 수 있다.

오리온은 달 궤도 플랫폼 게이트웨이 근처까지 온 순간 도킹을 한다. 오리온을 타고 온 우주인은 달착륙선을 타고 오리온은 그대로 달 궤도 플랫폼 게이트웨이에서 대기하는 것이다. 달착륙선은 궤도에서 달로 강하하며 달 저궤도까지 이동한 뒤 달착륙선은 달에 단번에 하강한다. 이렇게 달에 도착하게 된다.

달에서 지구로 이동하는 과정은 먼저 달착륙선에서 달 궤도 플랫폼 게이트웨이로 간다. 우주비행사는 달 궤도 플랫폼 게이트웨이에서 오리온에 탑승하고 궤도에서 벗어나 달 중력을 이용해 가속, 지구를 목표로 한다. 지구와 가까워지면 서비스 모듈에서 크루 모듈을 분리한다. 크루 모듈은 4만km/h 속도로 지구 대기권에 돌입하고 공기 마찰로 감속을 해간다. 이 때 크루 모듈 표면 온도는 5,000도까지 상승할 것으로 예측되고 있다. 480km/h까지 감속한 곳에서 낙하산을 펼치고 크루 모듈은 해수면에 착수할 때까지 32km/h까지 감속한다. 이렇게 지구에서 달까지 왕복 구간은 끝나게 된다. 아르테미스 계획에 대한 자세한 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.