스페이스 클럽 팰컨 9, IM-2 착륙선으로 2025년 두 번째 달 탐사 발사

[발사통제동]

스페이스X는 파이어플라이 블루 고스트(Firefly Blue Ghost)와 하쿠토-R M2 레질리언스(HAKUTO-R M2 Resilience) 착륙선을 팰컨 9호에 싣고 달로 비행한 지 불과 한 달 만에 2025년 두 번째 달 탐사 임무를 시작했다. 인튜이티브 머신 IM-2 NOVA-C 착륙선이 탑재된 또 다른 팰컨 9호는 2월 26일 수요일 오후 7시 16분(동부 표준시 기준 2월 27일 목요일 00:16 UTC)에 케네디 우주 센터의 발사 단지 39A(LC-39A)에서 순간 발사 기간 동안 성공적으로 발사되었습니다.

팰컨 9 부스터 B1083-9는 케이프에서 동쪽 궤도를 그리며 비행했다. 부스터는 대서양에서 SpaceX의 자율 드론 우주선 A Shortfall of Gravitas에 안전하게 착륙했으며 두 번째 단계는 주차 궤도를 계속 유지했습니다. IM-2 착륙선과 함께 3개의 추가 보조 페이로드가 있었는데, 역시 인튜이티브 머신(Intuitive Machines)이 NOVA-C 착륙선 아래의 ESPA 링에서 비행하도록 계약되었습니다.

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부스터 B1083은 Crew-8 임무와 함께 경력을 시작했습니다. 그 이후로 부스터는 Polaris Dawn 상업용 유인 임무, ISS로 가는 CRS-31 화물 임무, Astranis: From One to Many 임무 및 IM-2 비행 전에 4개의 Starlink 임무도 비행했습니다.

앞서 언급했듯이 IM-2 착륙선은 이 임무를 위해 달로 보낸 유일한 우주선이 아니었습니다. NASA의 행성 탐사를 위한 소규모 혁신 임무 프로그램의 일부인 소형 달 궤도선인 NASA의 JPL(Jet Propulsion Laboratory) Lunar Trailblazer는 궤도에서 달 표면의 물을 매핑할 것입니다. 무게 200kg, 너비 3m의 Lunar Trailblazer는 100km 고도의 과학 궤도에 진입하기 전에 달까지 느리고 연료 효율적인 궤도를 그릴 것입니다.

달 주위를 도는 루나 트레일블레이저(Lunar Trailblazer)에 대한 작가의 인상. (제공: NASA/JPL)

이 탐사선은 JPL이 제공한 적외선 분광계와 영국 우주국이 제공한 적외선 다중 스펙트럼 이미저를 사용하여 달의 물과 그 형태를 측정할 예정이다. 주요 임무는 2년 동안 지속될 예정이다.

IM-2와 루나 트레일블레이저는 서로 다른 방식으로 달을 탐사할 예정이지만, 아스트로포지(AstroForge)가 개발한 오딘(Odin) 우주선은 2022 OB5로 알려진 작은 지구 근접 소행성으로 비행할 예정이다. 몸무게가 100kg인 오딘은 모든 것이 계획대로 진행된다면 발사 후 11개월 후에 소행성에 도착할 것이며, 소행성이 비행하는 동안 금속성일 수 있는 소행성을 촬영할 것이다. AstroForge는 향후 임무에서 소행성에서 백금족 금속을 채굴하는 것을 목표로 합니다.

또한 Epic Aerospace는 Chimera GEO 1 우주선을 비행했습니다. 약 300kg의 무게를 가진 GEO는 고에너지 궤도 전송이 가능한 궤도 전송 차량으로, 트랜스포터-6 임무에서 비행한 키메라 LEO 차량을 따릅니다.

발사 과정에서 보이는 오딘 우주선. (제공: AstroForge)

Chimera GEO는 소형 우주선을 달 횡단 주입 궤적 또는 정지 궤도로 비행할 수 있습니다. 이 임무를 위해 16U CubeSat이 탑재되어 있습니다.

Intuitive Machines IM-2 임무 및 탑재하중

이 임무의 주요 탑재체는 텍사스 휴스턴에 본사를 둔 인튜이티브 머신즈(Intuitive Machines)가 제작한 상업용 착륙선이다. IM-2 착륙선인 NOVA-C Athena는 2024년 2월 22일 달 남극 지역의 Malapert A 분화구 근처에 착륙한 부분적으로 성공적인 IM-1 임무의 뒤를 잇고 있습니다. IM-2는 과학 기술 시연 페이로드 및 기타 상업용 페이로드 비행에 대한 NASA CLPS(Commercial Lunar Payload Services) 작업 주문을 이행하고 있습니다.

오디세우스(Odysseus)로 알려진 노바-C(NOVA-C)인 IM-1 착륙선은 높은 수평 속도로 인해 착륙 시 다리가 부러져 달 표면에서 수직에서 약 30도 기울어졌습니다. 그러나 이 임무는 성공으로 간주되어 1972년 이후 달에 연착륙한 최초의 미국 우주선이 되었습니다. 오디세우스는 달의 밤이 다가옴에 따라 동력을 잃기 전에 표면에서 약 1주일(지구) 동안 지속되었습니다.

IM-1 오디세우스 착륙선은 2024년 착륙에 성공하는 동안 착륙 다리가 부러진 모습으로 목격되었습니다. (제공: Intuitive Machines)

오디세우스와 마찬가지로 아테나도 달의 남극 지역에 착륙할 것입니다. 아테나는 NASA의 우주선 궤도를 연구한 최초의 "인간 컴퓨터" 중 한 명인 수학자 멜바 무통(Melba Mouton)의 이름을 딴 몽스 무통(Mons Mouton)에 착륙할 예정이다. 이 지역의 분화구는 바닥의 일부가 영구적으로 그늘에 가려질 수 있을 만큼 충분히 깊을 수 있으며, 이로 인해 혜성 충돌로 인한 얼음 퇴적물이 그늘진 지역의 표면 아래에 존재할 수 있었을 수 있습니다.

NASA의 루나 프로스펙터(Lunar Prospector) 우주선은 1990년대 후반 달 궤도를 돌았을 때 달의 북극과 남극 지역에서 수소 수치가 향상된 것을 발견했습니다. 그 후의 다른 임무에서는 얼음 퇴적물에 대한 결정적인 증거를 찾지 못했지만, 인도의 찬드라얀-1 임무는 하강 중에 물을 감지한 충격체를 떨어뜨렸다.

높이 4.5m, 너비 1.5m가 넘는 아테나 착륙선에는 PRIME-1(Polar Resources Ice Mining Experiment-1)로 알려진 36kg의 NASA 실험 패키지가 탑재되어 있습니다. PRIME-1은 두 가지 실험을 통해 Athena의 현지 환경에 물 얼음이 존재하는지, 그리고 이러한 물 얼음을 현장 자원으로 활용하는 것이 실용적인지 여부를 결정합니다.

PRIME-1의 첫 번째 장비는 TRIDENT(The Regolith and Ice Drill for Exploring New Terrain)로 알려진 로봇 드릴입니다. TRIDENT 드릴은 표면 아래 최대 1미터에서 달의 표토를 추출하고 여러 세그먼트로 시추하여 1미터 미만의 모든 깊이에서 토양을 검사할 수 있습니다.

두 번째 PRIME-1 기기는 MSOLO(Mass Spectrometer for Observing Lunar Operation)입니다. MSOLO 는 물 및 기타 화합물에 대한 TRIDENT의 절단을 분석하는 질량 분석기입니다. MSOLO 버전은 취소된 VIPER 탐사선에 사용될 예정이었는데, 이 탐사선 역시 얼음을 찾기 위해 계획되었습니다.

아테나는 또한 두 대의 소형 달 탐사선과 달 호퍼 한 대를 싣고 있는데, 모두 착륙선에서 벗어나 달 표면을 탐사할 예정이다. Lunar Outpost가 개발한 MAPP(Mobile Autonomous Prospecting Platform)는 달 표면에서 통신을 위한 4G LTE에서 파생된 모바일 네트워크인 Nokia Bell Labs LSCS(Lunar Surface Communications System)를 테스트할 것입니다. MAPP은 다른 행성체에서 작동하는 최초의 상업용 탐사선이자 달 남극 지역의 첫 번째 탐사선이 될 것으로 예상됩니다.

테스트 중에 보이는 MAPP 로버. (제공: Lunar Outpost)

MAPP 탐사선에는 3개의 MIT(Massachusetts Institute of Technology) 페이로드가 포함되어 있습니다. MIT 페이로드는 고해상도 카메라, AstroAnt로 알려진 소형 스웜 로봇, 모국어로 된 생각과 성찰 모음이 포함된 실리콘 웨이퍼입니다. 아스트로앤트(AstroAnt)는 미래의 달 정착지를 조사하도록 설계되었으며, 카메라는 우주 비행사 훈련을 위한 가상 환경을 위한 데이터를 수집합니다.

아테나 착륙선에 탑재된 LSCS는 NASA의 우주 기술 임무국(Space Technology Mission Directorate)에서 "티핑 포인트(Tipping Point)" 기술 시연으로 자금을 지원받았습니다. 인튜이티브 머신즈(Intuitive Machines)가 제작한 소형 "호퍼" 차량인 IM-2에 대한 또 다른 티핑 포인트 시연은 착륙 지점에서 멀리 떨어진 곳에서 탐사를 수행할 수 있는 새로운 기능을 소개합니다. 이 시연자는 LSCS도 테스트합니다.

컴퓨터 선구자 그레이스 호퍼(Grace Hopper)의 이름을 따서 "그레이스(GRACE)"라고 명명된 마이크로 노바(Micro Nova) "호퍼"는 소형 제트기를 사용하여 달 표면의 착륙 지점 사이를 이동할 것입니다. 이 탐사는 온도와 물 얼음의 존재를 측정하기 위해 영구적으로 그늘진 작은 분화구에 최초로 착륙하는 것으로 절정에 달할 것입니다. GRACE는 Athena의 착륙 위치에서 최대 25km까지 이동할 수 있으며 최대 10kg의 페이로드를 운반할 수 있습니다.

이 임무를 위해 GRACE는 두 가지 장비를 운반하고 있습니다. 독일의 DLR은 표면 온도를 측정하고 온도 변화를 매핑하는 달 복사계 장비를 제공했습니다. 헝가리의 Puli Space Technologies Ltd.는 Puli Lunar Water Snooper를 제공하여 물, 얼음 데이터 및 방사선 측정을 수집했습니다.

일본 회사인 Dymon Co. Ltd.는 표면에 배치할 소형 탐사선을 제작했습니다. YAOKI로 알려진 이 탐사선은 아테나 착륙선에서 50m 이내를 탐사하면서 달 표면의 이미지를 캡처하도록 설계되었습니다. YAOKI는 인튜이티브 머신의 첫 번째 일본 상용 탑재체로, 아테나의 착륙 5일 후 배치될 예정이다.

더 큰 아테나 착륙선에 부착된 마이크로 노바 호퍼의 근접 촬영. (제공: Intuitive Machines)

아테나에 탑재된 다른 탑재체로는 NASA 고다드 우주비행센터(Goddard Space Flight Center)의 레이저 역반사 어레이가 있다. 달 표면에 대한 여러 착륙선 임무에는 달에서 지구까지의 정확한 거리를 정확하게 측정하고 달에서 착륙선의 위치를 정확하게 판독하는 데 도움이 되는 반사경이 장착되어 있습니다.

참고 항목

• IM-2 업데이트
• Falcon 9 포럼 섹션
• NSF 스토어
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Athena는 또한 Lonestar Data Holdings에서 개발한 Freedom으로 알려진 페이로드를 운반하고 있습니다. Freedom 페이로드는 글로벌 데이터 백업, 새로 고침 및 복원 서비스를 제공할 수 있는 소규모 데이터 스토리지 센터입니다. 이 회사는 미래의 달 임무에서 시스달 우주와 달 표면에서 데이터 센터 서비스를 제공하는 것을 목표로 합니다.

IM-2 임무 프로필

그리스 지혜의 여신의 이름을 딴 아테나 착륙선은 두 번째로 비행하는 NOVA-C 착륙선입니다. IM-1 임무와 마찬가지로 팰컨 9의 카운트다운 절차는 메탄을 연료로, 액체 산소를 산화제로 사용하는 주 엔진을 장착한 착륙선의 추진제 적재를 수용하기 위해 약간 수정되었습니다.

발사 당시 약 2,100kg의 질량을 가진 Athena는 Falcon 9의 두 번째 단계에서 분리되어 시운전 과정에서 시스템을 자율적으로 활성화했습니다. 보조 페이로드는 모두 성공적으로 배치되었으며 Lunar Trailblazer 우주선과도 연락이 이루어졌습니다.

자율 시운전과 최대 출력 우주선 자세가 확립되었을 때, Athena는 긴장된 순간과 Deep Space Network 안테나로 전환한 후 지구의 비행 관제사와 통신을 시작했습니다.

발사부터 달 착륙까지의 IM-2 임무 프로필. (제공: Intuitive Machines)

착륙선은 발사 후 며칠 만에 달에 도착할 예정이며, 이는 블루 고스트(Blue Ghost)와 하쿠토-R(HAKUTO-R)과 같은 다른 착륙선이 저에너지 연료 절약 궤적을 사용하는 데 몇 주와 몇 달이 걸리는 것과는 극명한 대조를 이룹니다. 인튜이티브 머신(Intuitive Machines)은 미국, 영국 제도, 남아프리카, 호주 및 동아시아의 지상국 네트워크를 사용하여 휴스턴의 노바 컨트롤(Nova Control)에서 착륙선과 통신합니다.

아테나는 먼저 고도 100km의 저달 궤도에 진입한 후 달 궤도 진입 후 약 3일 후에 하강 궤도 삽입 및 동력 하강 시작 기동을 수행할 예정이다. 착륙선에는 레이저 거리 측정기와 카메라가 장착되어 자율적으로 항해할 수 있지만, IM-1에서는 안전 활성화 스위치가 비활성화되지 않아 레이저 거리 측정기가 작동하지 않았다.

IM-1 동안 거리 측정기가 작동하지 않는 것은 오디세우스가 터치다운 중에 직면한 문제의 핵심 요인이었습니다. IM-2의 경우 이 안전 스위치는 거리 측정기가 착륙을 위해 작동할 수 있도록 세 번 확인되었습니다.

IM-1 오디세우스가 착륙 전 달 궤도를 돌고 있다. IM-2는 유사한 비행 프로필을 따릅니다. (제공: Intuitive Machines)

터미널 하강 중에 Athena는 주 엔진에서 달의 먼지가 튕겨져 나오기 때문에 카메라나 레이저를 사용하지 않습니다. 착륙선은 관성 측정을 사용하여 초당 1미터의 속도로 터치다운을 목표로 합니다. 터치다운이 확정되기까지 15초 지연이 예상되며, 현재 3월 6일 목요일로 예정되어 있습니다.

Athena는 착륙선 측면의 배치 메커니즘을 사용하여 MAPP 탐사선, GRACE 및 PRIME-1을 순차적으로 배치하기 전에 착륙 지점을 이미지화합니다. 착륙선의 임무는 달의 밤이 시작되기 10일 전에 지속될 것으로 예상됩니다. 착륙 지점에 해가 지면 기온이 너무 추워져 착륙선이 작동할 수 없기 때문에 아테나는 달의 밤을 살아남지 못할 것으로 예상됩니다.

3월 14일 금요일 06:00 UTC경에 Athena는 달의 유리한 지점에서 개기 일식을 관찰할 기회를 갖게 됩니다. 지구에서는 개기월식을 볼 수 있지만, 지구는 몽스 무통 착륙 지점에서 태양을 일식할 것이고, 아테나는 착륙선이 월식의 그림자 속에 있는 동안 배터리를 사용하여 전력을 공급할 것입니다. Athena는 이벤트를 캡처하는 데 사용할 5대의 PAO 카메라를 보유하고 있으며, GRACE는 2대의 PAO 카메라를 추가로 탑재하고 있습니다.

달 표면에서 IM-2 아테나에 대한 작가의 인상. (제공: NASA)

인튜이티브 머신(Intuitive Machines)은 각각 약 130kg의 페이로드 용량을 가진 두 대의 NOVA-C 착륙선을 달 표면으로 비행할 계획입니다. 2025-2026년 일정으로 계획된 IM-3 임무는 달의 지각 자기장과 관련이 있는 것으로 생각되는 달의 지역인 라이너 감마(Reiner Gamma)에 착륙할 것으로 예상됩니다. IM-4는 적절한 시기에 뒤따를 것입니다.

한편, 1,500-2,500kg의 더 큰 탑재 용량을 특징으로 하는 NOVA-D 착륙선에 대한 개발이 계속될 것입니다. NOVA-D는 달 지형 차량과 핵분열 표면 동력 시스템과 같은 대형 품목을 달 표면에 착륙시키기 위해 개발되고 있습니다. NASA의 아르테미스 프로그램은 지속 가능한 방식으로 인류를 달로 귀환시키려고 시도하고 있습니다. 인튜이티브 머신(Intuitive Machines)과 다른 회사들은 2025년 팰컨 9(Falcon 9)의 24번째 발사인 IM-2와 같은 비행을 통해 달 표면에서 인간 활동을 재개할 수 있는 길을 닦는 등 새롭게 떠오르는 달 경제의 일부가 되기 위해 노력하고 있습니다.

(리드 이미지: 팰컨 9 B1083-9가 IM-2 아테나 달 착륙선과 보조 탑재체와 함께 발사되고 있다. 출처: NSF의 Julia Bergeron)

스페이스 클럽(Space Club)