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한국 달궤도선이 선택한 새 궤도 WSB·BLT란 무엇인가

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한국 달궤도선이 선택한 새 궤도 WSB·BLT란 무엇인가

2020.09.27 12:00
미국항공우주국(NASA)의 과학 탐사선으로 달의 중력을 측정하는 임무를 수행한 ′그레일′이 사용했던 BLT 궤도의 사례다. 위키미디어/NASA 제공
미국항공우주국(NASA)의 과학 탐사선으로 달의 중력을 측정하는 임무를 수행한 '그레일'이 사용했던 BLT 궤도의 사례다. 위키미디어/NASA 제공

2022년 8~9월 발사될 예정인 한국의 첫 달 궤도선이 달에 접근하기 위해 채택한 새 궤도는 탄도달전이(BLT)다. WSB전이 또는 저에너지전이(LET)라고도 불린다.


BLT는 미국의 수학자이자 천체물리학자인 에드워드 벨브루노가 개발한 방법이다. 달의 공전속도와 비슷하게 천천히 접근해 달의 중력장에 포획되면서 저절로 달 공전궤도를 형성한다. 극단적으로는 연료를 쓰지 않고도 달 궤도를 만들 수 있을 정도로 연료를 절약할 수 있다는 게 장점이다.


이상률 한국항공우주연구원 달탐사사업단장은 “지구에서 아무리 높은 곳에 물체를 쏘아 올려도 다른 천체가 없는 한 그 물체는 (탄도 궤도를 취하기 때문에) 결국 다시 지구로 되돌아온다”며 “하지만 다른 천체가 있다면 그 영향으로 물체가 끌려가면서 궤도가 늘어나고 속도가 느려지게 되는데, 이 과정을 이용해 달에 가만히 접근해 달 중력장에 포획되도록 하는 게 BLT”라고 말했다.


BLT는 연료를 절약할 수 있는 대신 다른 궤적에 비해 이동거리가 길다. 달까지의 거리는 38만km지만, BLT를 이용해 한국 달궤도선을 쏠 경우 달 궤도 진입까지 최대 150만km까지 멀리 돌아가야 한다. 시간도 100~130일 이상으로 오래 걸린다. 


이는 미국 아폴로 계획 등에 쓰인 방식과 대조적이다. 당시 미국항공우주국(NASA)은 달을 향해 직접 접근하는 ‘직접전이’를 사용했다. 지구를 빠르게 벗어나 하루나 이틀 만에 달에 도착할 수 있지만, 달에 접근해 속도를 줄일 때 연료를 다량 소모해야 한다는 게 단점이다. BLT 변경 전에 한국 달궤도선이 애초에 택했던 '위상루프전이'는 지구를 중심으로 매우 긴 타원형 궤도를 몇 차례 돌면서 서서히 달 궤도에 진입시키는 방식이다. 이동 시간과 연료소모량이 직접 전이와 BLT의 중간이다. 한국 달 궤도선은 지구를 세 바퀴 반 돌 예정이었으며 달에 가기까지 걸리는 예상 기간은 약 30일이었다. 


BLT를 위한 발사 궤적은 여러 가지다. 이 단장는 “모든 궤도를 단기간에 검토할 수는 없어 태양과 지구 사이에서 중력이 균형을 이루는 ‘라그랑주1’ 점을 향하는 궤적을 중심으로 검토해 미국항공우주국(NASA)과 검토한 결과 2022년 8월 1일부터 9월 초까지 약 한 달 사이에 발사해 12월 16일 달의 남극에 도착하는 궤적을 확정지었다”라고 말했다. 이 한달 사이에는 발사한 날과 상관없이 모두 같은 날(12월 16일) 달에 도착한다. 

 

이스라엘 달탐사선 베레시트의 타원형 궤도. 스페이스IL 제공
이스라엘 달탐사선 베레시트의 타원형 궤도. 위상루프전이 방식의 대표적 사례다. 스페이스IL 제공

달 탐사선은 발사체 발사 뒤 6~9회 궤적 수정을 거쳐 달의 남극에 도착하게 되며, 처음에는 달을 12시간 만에 한 바퀴 도는 궤도로 돌다 약 2주에 걸쳐 점차 고도를 낮춰 100km 상공을 약 이틀(1.9일)에 한 바퀴 도는 궤도에 안착하게 된다.


이 단장은 “NASA가 2023년 2월 3일 달 남극이 하지를 맞이하는데 이 때 남극을 관측하고자 뜻을 밝혀 최종 달 도착 일정을 조율했다”며 “12월 16일 도착하면 기기 점검과 달 공전 궤도 조정 등을 거쳐 2월 초 관측 준비가 완료된다”고 말했다.
 

달 탐사선이 택했던 다양한 BLT 궤도의 모습이다. 지구에서 달을 향하는 궤적 가운데 연료를 가장 적게 쓸 수 있는 궤적이지만, 이동 거리가 길고 시간이 많이 걸린다. 한국항공우주연구원 제공
달 탐사선이 택했던 다양한 BLT 궤도의 모습이다. 지구에서 달을 향하는 궤적 가운데 연료를 가장 적게 쓸 수 있는 궤적이지만, 이동 거리가 길고 시간이 많이 걸린다. 한국항공우주연구원 제공

 

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