[과학과 놀자] 어둡고 험준…착륙 속도 조금만 안 맞아도 추락

(162) 달 남극 탐사가 어려운 이유

지난 8월 인도 무인 달 탐사선 찬드라얀 3호의 달 남극 착륙 준비 과정에서 보이는 달의 표면. 찬드라얀 3호가 달 남극에 안착하면서 인도는 세계 최초로 달 남극 착륙에 성공한 국가가 됐다. 인도우주연구기구(ISRO) 제공

인류가 달에 닿은지도 반세기가 지났다. 하지만 달은 여전히 인류에게 쉬이 닿을 수 없는 존재다. 지난 8월 20일 러시아가 쏘아 올린 무인 착륙선 '루나 25호'도 달에 착륙하지 못하고 달 표면에 추락해 완전히 파괴됐다.

지난 4월 일본 민간 기업이 개발한 ‘하쿠토-R 미션1’의 달 착륙선도 월면과 충돌해 통신이 두절됐으며, 2019년에도 이스라엘의 민간 달 탐사선 ‘베레시트’와 인도의 ‘찬드라얀 2호’가 달 착륙을 시도했지만 실패로 끝났다. 반세기 전의 기술로도 성공했는데, 인류는 왜 아직도 달 착륙에 애를 먹고 있는 걸까.

반세기 전과 지금 달 탐사에서 가장 다른 점은 착륙지다. 과거 미국과 러시아의 달 착륙선은 주로 달의 적도 부근에 착륙했다. 당시는 ‘달’이라는 가까운 존재에 누가 먼저 닿는지가 관건이었기 때문에 착륙 난이도가 가장 중요했고, 평지가 많고 밝은 달의 적도 부근이 착륙지로 선택됐다.

지금은 달 탐사의 목표가 완전히 달라졌다. 달에 착륙하는 순위를 경쟁하던 시대가 저물고, 달에서 자원을 발굴하는 시대에 접어들었다. 이에 따라 목표 착륙지도 바뀌었다. 어둡고 험준한 ‘달의 남극’이다. 달의 남극엔 햇빛이 전혀 들지 않는 ‘영구 음영 지역’이 있어 얼음, 즉 물이 존재한다. 물을 구할 수 있다면 인류가 거주할 수 있음은 물론, 분해해서 수소를 얻을 수 있기 때문에 로켓 연료를 지구에서 조달하지 않아도 된다. 이는 화성 또는 다른 외계 행성으로 나아갈 기지로 최적의 조건이다.

문제는 달의 남극이 달에서 가장 착륙하기 까다로운 지역이라는 점이다. 크레이터가 많아 험준하고, 운석이 달 표면에 충돌하며 만들어낸 미세먼지 때문에 시야 확보도 어렵다.

장애물은 또 있다. 달에는 공기저항이 없기 때문에 착륙 속도를 섬세하게 조정해야 한다. 속도가 조금만 어긋나도 궤도에서 벗어나거나 자유낙하로 달 표면에 곧바로 추락할 수 있다. 그래서 정확한 속도를 계산하기 위해 ‘레이저 고도계’를 사용한다. 레이저 고도계는 달 표면까지 레이저를 쏜 뒤 돌아오는 시간을 계산해 거리를 측정하는 장치다. 착륙선은 레이저 고도계가 계산한 착륙 지점까지의 거리에 따라 속도를 조절한다. 하지만 달의 남극은 험준하고 시야 확보도 까다롭기 때문에 이론처럼 쉽지 않다.

올해 착륙한 러시아의 루나 25호와 일본의 하쿠토-R 미션1 모두 레이저 고도계가 고도 측정에 실패하면서 추락했다. 러시아 연방우주공사는 달 착륙 실패를 발표하며 “분석 결과에 따르면 계산된 수치와 실제 변수 간 편차 때문에 루나 25가 계산되지 않은 궤도로 진입했다”라며 “이에 따라 (루나 25호는) 달 표면에 충돌해 소멸했다”라고 발표했다.

지구에서 착륙선을 실시간으로 조정한다면 어떨까. 결론부터 말하면 불가능하다. 달의 남극에서 지구와 통신하려면 궤도선을 거쳐야 하기 때문에 ‘실시간 통신’은 현실적으로 어렵다.

그런데 지난 8월 인도가 희망의 불씨를 다시 붙였다. 인도가 보낸 찬드라얀 3호가 세계 최초로 달 남극 착륙에 성공한 것이다. 이는 앞서 언급한 2019년 찬드라얀 2호 실패 이후 4년 만의 재도전에서 성공을 거둔 것으로, 인도는 미국·러시아·중국에 이어 4번째 달 착륙 국가가 되었다. 찬드라얀 3호는 앞으로 달 남극을 탐사하며 얼음과 헬륨-3 등의 자원을 탐사할 계획이다.

인도의 이번 성공이 더욱 놀라운 이유는 또 있다. 착륙에 성공한 찬드라얀 3호 미션에 소요된 예산은 약 960억 원으로, 러시아 루나 25호의 미션에 소요된 비용의 3분의 1 수준이다. 로켓 제작에 현지 재료와 인력을 활용한 데다 지구의 중력을 동력 삼아 가속하는 ‘스윙 바이(중력 도움)’ 방식을 경로로 택해 사용되는 연료를 대폭 줄였다. 그리고 S. 소마나트 인도우주연구기구 원장은 저예산으로 달 착륙에 성공한 비결을 묻는 질문에 “인도 인건비는 선진국의 10분의 1 수준이지만, 우리 과학자와 엔지니어들은 다른 나라에 비해 실력 면에서 절대 뒤처지지 않는다”라고 말했다.

우주 강국이 재편되고 있는 지금, 한국도 달 탐사 기술을 개발 중이다. 아직 착륙에 필요한 ‘우주 추진 기관 기술’을 확보하지 못해 달 남극에 도달하기까지는 시간이 걸리겠지만, 전문가들은 우주개발을 훨씬 늦게 시작한 데 비해 우주 강국들의 기술을 많이 따라잡았다고 평한다.

50여 년 만에 재개된 달 탐사로 인류는 어떤 도약을 하게 될까. 달 남극이 인류가 우주로 나아가는 기지 역할을 할 수 있을지, 새로운 자원의 보고가 될 수 있을지 함께 지켜보자.√ 기억해주세요

지금은 달 탐사의 목표가 완전히 달라졌다. 달에 착륙하는 순위 경쟁 시대가 저물고, 달에서 자원을 발굴하는 시대에 접어들었다. 이에 따라 목표 착륙지도 바뀌었다. 어둡고 험준한 ‘달의 남극’이다. 달의 남극엔 햇빛이 전혀 들지 않는 ‘영구 음영 지역’이 있어 얼음, 즉 물이 존재한다. 물을 구할 수 있다면 인류가 거주할 수 있음은 물론, 분해해서 수소를 얻을 수 있기 때문에 로켓 연료를 지구에서 조달하지 않아도 된다. 이는 화성 또는 다른 외계 행성으로 나아갈 기지로 최적의 조건이다.

박영경 과학칼럼니스트