우리도 달에 간다

[pinetree]

우주는 현재도 있고 과거에도 있었으며 앞으로도 존재할 모든 것입니다.--칼 세이건 Carl Edward Sagan 천문학자 1934~1996

내레이션: 인류가 달을 향해 내딛은 발걸음은 상상을 현실로 만들고 인류 역사에 커다란 도약을 만들었습니다. 지구의 한계를 넘어, 우주 탐사의 가능성을 열어준 고요의 바다, 달이 부활하고 있습니다. 새로운 기회의 땅이자 우주 탐사의 첫 장을 열어 준 무대, 달이 우리를 부르고 있다. 우주가 부른다. 1부 우리도 달에 간다. 강원도 정선에 예미산 자락, 국내 유일의 철광산이 자리하고 있습니다.  승강기에 오르는 이들은 광부가 아닌 과학자들입니다.

과학자: (엘리베이터 안에서) 탑승 완료 됐습니다.

내레이션: 초속 4미터의 승강기를 타고 수직 갱도를 타고 따라 내려온 지 약 3분,

과학자: 하차하세요.

내레이션: 지하 깊숙한 곳에 도착했습니다. 그곳에서 다시 기나긴 터널을 지나면 그 끝에 위치한 비밀스러운 공간 지하 1100미터에 위치한 실험실, 예미랩입니다. 한국기초과학 연구원 지하실험실 우주기원을 밝혀줄 우주물질들을 탐구하기 위해 만든 곳이죠.

소중호 박사/기초과학연구원 선임연구원: 전국에서 후보지를 선정해서 최소 1000미터 이상의 깊이를 확보할 수 있는 공간, 그래서 각 지형에 따라 뮤온(Muon, 우주를 구성하는 기본입자) 감소율을 시뮬레이션을 통해 계산해 보고 기존의 철광갱도에서부터 지금의 예미랩으로 만들기 위해 추가로 800미터 이상 경사로 굴진을 했고요.

내레이션: (암흑물질탐색코사인 실험실) 우주 물질 중 가장 베일에 싸여 있는 건 암흑 에너지,

소중호: 우주 전체의 약 5%가 좀 안 되는 영역을 저희가 관측했다고 보고 있어요. 중력의 영향도 받지 않고 정체를 모른다. 그렇다면 순수 에너지 덩어리라고 보는 거예요. 그래서 다크 에너지, 암흑 에너지 라고 부릅니다. (허블망원경으로 관측된 중력렌즈, 효과를 통한 암흑물질분포예상도-제작나사), 우주를 연구한다고 행성, 별, 은하 이런 것만 연구하는 게 아니라 저희처럼 이렇게 작은 입자 하나 하나를 연구하는 것도 우주를 이해하는 데 한 걸음 한 걸음 나아가는 연구가 되는 거죠.

내레이션: 세계에서 여섯 번째로 큰 규모의 지하 실험실, 새로운 발견을 원하는 과학자들의 다양한 지하실험이 진행 중입니다. 한국지질자원 연구소도 그들 중 하나, 달 원소를 분석하는 새 장비들을 개발해 연구 중인데요. 바로 어떤 원소가 있는지 알 수 있는 감마선 중성자 분광기와 정량을 알려주는 레이더분광기, 원자력연구소와 공동개발한 환경탐사용 로버에 탑재해 성능을 실험할 계획입니다.

김경자/한국지질자원연구원 우주자원개발 센터장: 바깥보다는 순수한 물질이 많고 이전에 개발한 두 분광기를 이런 곳 (지하)에서 테스트하면 새로운 환경이기에 캘리브레이션(기준값을 설정하여 측정값을 비교)에서 이 장소가 굉장히 중요하다고 생각합니다.

내레이션: 땅 속 깊은 곳에서 우주 방사능이 거의 닿지 않는 공간, 달 환경과도 흡사해 장비들이 제대로 작동하는지 실험하기에 최적의 장소인데요.  긴장한 표정의 김경자 박사, 이미 여러 차례 신호를 받는데 실패했던 터라 걱정이 많습니다. 실험결과를 확인할 시간, 이번엔 신호가 제대로 들어왔습니다.

과학자: 오 이제 된다.

김경자: 잘 했어 파이팅 파이팅

과학자: 된다 결국은 제대로 된 데이터를 얻게 됐습니다.

류동석/한국원자력연구원 로봇응용연구실장: 저희는 움직일 수 있는 로버 시스템의 로버를 개발하고 한국지질자원연구원에서는 자원을 탐사하고 추출하는 장치를 개발해서 시스템을 연결해서 같이 실험하고 있는데요. 처음 왔을 때는 지질자원연구원의 (장비) 센서가 작동에 어려움이 있어서 좋은 데이터를 받지 못했고요. 두 번째 왔을 때는 저희의 로버가 고장 나서 데이터를 얻기 어려웠고요. 세 번째 왔을 때 어느 정도 가능성이 보인다고 했었고 오늘 오니 양쪽 센서도 잘 동작하고 로버도 잘 움직이고 좋은 데이터를 얻을 수 있어서 기분이 좋습니다.

김경자: 방사선을 측정하는 감마선 중성자 외에 립스 레이저를 (추가) 했기에 모든 원소를 볼 수 있고 광물을 조사할 수 있습니다. 지하에서 실험하면서 오늘 아주 좋은 데이터 결과가 나왔어요. 물에 의해 생기는 새로운 수산화칼슘 같은 것도 볼 수 있었고 조그만 화성 같은데 온 느낌을 받으면서 너무 감회가 새롭습니다.

내레이션: 끝을 알 수 없는 광활한 우주에서 지구와 가장 가까운 천체 달, 오랫동안 인류와 함께 하며 수많은 영감을 불러 일으킨 지구의 모든 생명에 영향을 미쳐왔습니다. 친근하지만 닿을 수는 없는 존재였죠. (1969년 7월 16일 아폴로 11호 [Apollo 11] 유인우주선 발사), 그런데 1969년 대사건이 벌어졌습니다. 전 세계가 지켜보는 가운데 미국의 아폴로 11호가 달 착륙에 성공한 겁니다.

닐 암스트롱: 이것이 인간에 있어서는 작은 한 걸음이지만 인류에게는 거대한 도약이다.

내레이션: 아폴로 탐사중단 반세기가 지난 지금 달이 다시 주목 받고 있습니다.

마이크 펜스/前미국부통령(2019.3.26): 우리는 다음 거대한 도약을 하고 미국의 우주비행사들을 달로 보낼 때가 왔습니다. 아르테미스 계획[Artemis Program]-미국항공 우주국(NASA)의 유인 달탐사계획, 인류 역사상 최초의 여성 우주인을 포함한 4명의 인류를 달에 보내는 것을 최종목표로 진행,

내레이션: 새로운 달 탐사계획 아르테미스, 2026년 여성을 포함한 우주인을 달로 보내고 2030년 달유인 기지를 건설하는 야심찬 프로젝트입니다. 우리나라도 열 번째 협정국으로 참여 중이지요.

최영준/한국천문연구원 책임연구원: 아르테미스 계획은 쉽게 말하면 브랜드명입니다. 약칭 같은 거죠. 원래는 달과 화성을 탐사하려는 Moon to Mars라는 프로젝트고요. 아폴로가 달에 잠시 갔다가 돌아왔지만 이번에는 달에 영구적으로 상주할 수 있는 기지를 만들어서 사람이 지속적으로 상주할 수 있도록 하겠다는 게 아르테미스 계획의 제일 첫 번째 목표고요. 두 번째(목표)는 달 표면에 사람이 상주할 수 있는 경험을 하고 그러면 그 경험들을 이용해서 화성도 다녀올 수 있다고 생각하는 겁니다.

이창진/한국우주기술 진흥협회 전문위원: 지구에서 화성까지 직접 갈 수는 없지만 지구에서 달을 중간 정거장으로 해서 달에서 화성을 왔다 갔다 하는 건 가능하기에 달을 전진기지로 대중교통수단(발사체)을 만들겠다고 보면 됩니다.

내레이션: 기후변화와 환경오염, 자원고갈문제로 위기에 처한 지구, 인류는 제2의 지구를 찾기 위한 시도를 해왔습니다. 퍼서비어런스[Perseverance]-미국 나사 NASA의 화성탐사로버, 그 꿈을 위해 미국나사가 쏘아 보낸 무인탐사로봇 퍼서비어런스 2024년 2월 붉은 행성 화성착륙에 성공했습니다. 퍼서비어런스는 인간 대신 척후병이 되어 화성의 토양 샘풀을 채집하고 생명체 흔적을 찾는 임무를 맡았습니다. (실제녹음된 화성바람소리), 그 과정에서 화성의 모습과 바람 소리를 담아 지구에 전송하기도 했죠. 지금은 황량한 땅, 그러나 화성의 비밀이 밝혀진다면 인류생존의 마지막 희망이 이곳에 있을지도 모를 일입니다.

폴윤 우주과학자/NASA(미국항공우주국)제트추진연구소 태양계 홍보대사: 화성은 지구와 상당히 비슷한 환경을 가졌었습니다. 수십억 년 전에 물도 있었고요. 그런데 어떤 이유에서 인지 (환경이) 죽었어요. 그래서 화성 탐사를 하는 이유는 (이전) 환경이 (지구와) 비슷하면 생명이 있을 확률이 크다. 지구와 환경이 비슷한데 (화성은) 왜 죽음의 땅이 되었을까. (지구를) 이해하는데 큰 도움이 되겠죠. 화성을 이해하면요.

내레이션: 화성을 가기 위한 전초기지 달, 문 빌리지[Moon Village] 유럽우주국(EUSA)의 달 기지 건설계획, 유럽 우주국도 미국 못지 않게 달 탐사에 적극적입니다. 달 착륙선을 보낸데 이어 달 기지건설도 계획 중이죠. 창어[창어] 중국달 탐사선, 찬드라얀[Chandrayaan] 인도 달 탐사선, 아시아 국가들도 앞 다투어 달 탐사경쟁에 뛰어들었습니다. 그 대열에 우리나라도 합류했죠. 2022년 8월 5일 미국 케이프커내버럴 공군기지에서 스페이스X의 팰컨9에 실려 발사된 다누리 (KPLO), 2022년 8월 5일 우리 손으로 개발한 달 궤도 탐사선 다누리가 하늘로 올랐습니다. 다누리 [KPLO]대한민국 최초의 달 궤도 탐사선, 무사히 지구궤도를 벗어나 패어링을 분리한 다누리, 위성을 성공적으로 분리하며 긴 新우주 항해를 시작했습니다. 지구를 떠난 지, [한국항공우주연구원-대전광역시 유성구], 1년 8개월, 다누리는 잘 지내고 있을까요? 한국항공 우주연구원의 위성운영 관제실, 다누리를 놓치지 않기 위해 모니터로 실시간 위치를 파악하여 교신 중입니다. 145일 만에 임무궤도에 안착한 다누리, 지금은 달 상공 100킬로미터에서 하루 12번씩 달을 돌며 쉴새없이 우주를 누비고 있습니다.

정혁/한국항공 우주연구원 운영시스템 담당연구원: 지상 시스템 운영 업무는 9명이 지금 수행하고 있고요. 스케줄 근무로 밤과 낮에 교대로 근무하는 인원이 네 명이 있고 낮에 임무계획이나 지상시스템 실시간 운영지원이라든지 군대의 위수지역처럼 관제실 근처에서 멀리 떨어지지 않고 대기하고 있습니다.

송영주/한국항공 우주연구원 위성우주탐사 체계설계부 책임연구원: 평상시에도 매일 궤도 결정을 하면서 다누리가 현재 어느 위치에 있고 앞으로 어떤 궤도를 지나갈 것인지 과학탑재체에게 궤도 정보전달을 해서 원하고자 하는 지역을 찍을 수 있도록 관측을 할 수 있도록 다누리를 진행하는 업무를 수행하고 있구요.

내레이션: 우리나라가 독자 개발한 최초의 달 탐사선, 7년간의 꼼꼼한 설계와 끊임없는 검증으로 만들어진 결과였습니다. 그러나 개발과정은 결코 순탄치 않았는데요. 가장 큰 고비는 탐사선 중량 증가, 탑재체가 늘어나면서 목표 무게보다 23%가 증가한 겁니다.

신현진/한국항공 우주연구원 위성기술연구부 선임연구원: 저희가 처음에 예측하지 못했던 것은 달 탐사선 사업이 제일 처음에 한국형 발사체에 실어서 달에 보내는 것을 기준으로 했기에 550킬로그램이라는 발사중량이 정해져 있었고 그 무게에 맞추는 엔지니어링을 했는데 탑재체가 늘어나다 보니까 승객이 많아지니까 당연히 버스도 커져야 하는데 그게 550킬로그램에 담기에는 쉽지 않았던 상황이 되었던 거죠.

배종희/한국항공 우주연구원 위성우주탐사체계 설계부 선임연구원: 어쩔 수 없이 달 탐사선의 증량을 하고 그러다 보니까 연료가 줄어들게 되고 저희가 쓸 수 있는 연료가 줄어들면 달에 진입조차 못하는 상황이 발생을 한 거예요. 

내레이션: 발사가 7개월 밖에 남지 않은 상황, 궤도설계팀은 초비상이 걸렸습니다. 달라진 무게에 맞추어 모든 것을 새로 시작하고 모든 항로를 재검토해야 했습니다.

송영주/한국항공 위성우주탐사체계설계부 책임연구원: 정말 당황스러웠죠. 방법이 없었고요. 일단 무게는 중가됐고 무게증가를 공식화했고 주어진 연료는 한정되고 하드웨어 부품을 다 뜯어서 새로 조립할 수는 없는 상황이고 그래서 최선의 방법은 달 탐사선이 가는 길을 바꿔서 우리가 목표로 했던 임무를 달성하는 방법 밖에 없다는 소식을 들었을 때 정말 하늘이 노랬죠.

김대관/한국항공 우주연구원 미래혁신연구센터장: 달에서 몇 개월 동안은 100킬로미터 궤적을 이용하다가 300킬로미터로도 이용하는 궤적혼용 제안을 나사한테 했었고 나사에서는 그건 좋은 방안이 아니라고 얘기를 했고 나사가 BLT(탄도형 달 전이방식)를 써보는 게 어떠냐고 제안했죠.

내레이션: 지구와 달의 거리는 38만 킬로미터, 곧장 가면 사흘 만에 도착합니다. 하지만 연구진들은 고심 끝에 태양 쪽으로 리본 모양을 그리며 멀리 돌아가는 BLT 궤도를 선택했습니다. BLT[탄도형 달 전이방식]-지구와 달, 태양의 중력을 이용해서 달 궤도에 탐사선을 진입시키는 방법, 중력을 이용해 연료를 가장 아낄 수 있는 가성비코스였죠.

배종희: 이 BLT 궤적은 거의 불가능하다고 생각을 했었어요. 그래서 그건 아예 처음 기획 단계부터 빠져 있었던 옵션이었죠.

홍승범/한국항공 우주연구원 위성우주탐사체계설계부 선임연구원: 이 BLT 궤적자체를 시행했던 경우가 거의 없고요. 우리는 당연히 한 번도 안 해봤고 외국에서도 미국이나 일본이 미국의 도움을 받아서 했으니 결국은 미국만 한 거죠. 사실이 BLT 궤적이 답이 하나만 있는 게 아닙니다. 답이 무한히 많아요. 무한이 많고 그 중에서 하나를 선택을 하게 되는 건데 저희 같은 경우는 확신이 없기에 나사와 회의를 하는데 몇 날 며칠 밤을 새우고,

송영주: 저희는 이거 밖에 답이 없고 우리가 할 수 있는 최적의 방안은 이것 뿐이고 더 이상 못하겠다고 회의를 하면서 정말 울분을 토했던 거예요. 그 얘기를 계속 듣고 있던 나사가 마지막에 한 마디를 딱 하더라고요.

나사: I agree with your assessment---KARI has made great progress in the design of the low energy trajectory to the Moon. Congratulations! (우리는 KARI의 결과에 동의합니다. KARI는 달까지 가는 低에너지 궤적설계에 위대한 진전을 이뤘습니다. 축하합니다).

송영주: 나사가 잘 했어요. 우리도 똑같이 고민하고 같은 결론에 도달했어요 라고 했어요. 그때 다들 정말 너무 기뻤습니다.

내레이션: 결국 해답을 찾아낸 연구진들, 그 뒤로도 수많은 위기를 극복하며 다누리 개발에 전념했습니다. 마침내 최종 점검을 마친 다누리, 전용 특수 컨테이너에 실려 발사장으로 향했습니다. 60시간의 운송 끝에 도착한 곳은 미국 케네디 우주센터, 미국 케네디 우주센터-케이프커니버럴 우주군 기지, 이제 미국 발사체에 실려 우주로 떠날 시간입니다.

김대관: 패어링을 체결하기 전에 지상에서 다누리를 볼 수 있는 마지막 순간이에요. 패어링이 체결되면 볼 수도 없고요. 그래서 패어링을 닫으려고 하는데 저도 모르게 잠깐만 작업을 멈춰달라고 했더니 해주더라고요. 다누리 닫기 직전에 거기서 절을 했습니다. 정말 속 마음을 그대로 담아서 항상 옆에 있을 테니까 의심하지 말라고

나사 방송: 3 2 1 0 lift off

김대관: 카운트 다운이 시작되고 발사가 되고 저희가 보는 모니터에서 지상에서 발사체가 떠나는 순간, 할 수 있는 게 없죠. 거기서 할 수 있는 건 문을 박차고 나가서 하늘을 보는 것 밖에 없어요.

송영주: 정말 기뻤죠. 우리가 해냈다. 제가 아직도 기억나는 것이 저희가 마지막으로 밤을 새우고 다누리가 달에 진입을 하고 우리가 원하고자 하는 궤도에 들어왔을 때 저희 관련된 분들한테 메세지를 보냈어요 다누리는 이제 진정한 달 궤도선이 되었습니다 라고 새벽 시간에 메세지를 보냈던 거 같아요. 그런데 다음 날 그 메시지가 기사화돼서 나오더라고요.

조선일보: 다누리, 달 궤도 진입 1차 기동 성공---진정한 달 궤도선 됐다.

김대관: 그래서 그때 정말 기뻤습니다.

전문진/한국항공 우주연구원 위성우주탐사체계 설계부TL: 저희와 같이 일했던 나사에서도 상당히 놀랐어요. 원래 새로운 개념의 위성체가 처음 발사하고 임무 궤도에 들어갈 때까지는 어떤 어려움을 겪으면서 들어가는 게 통상적인데 나사에서도 그런 걸 많이 겪는데 어떻게 다누리는 그런 어려움 없이 바로 들어갔냐. 그런 걸 물을 때마다 이미 우리는 충분한 경험을 가지고 있다 라고 해요.

안형준/과학기술정책연구원 국가우주정책연구센터: 우주 탐사의 영역은 우주 개발 선진국만 도전할 수 있는 영역입니다. 그래서 우리나라도 그 동안은 탐사영역까지 사업을 추진하지 않고 있다가 다누리를 시작으로 우주탐사 영역에 들어갔죠.

내레이션: 달 궤도에 안착한 다누리는 일년간의 임무도 성공적으로 마쳤습니다. 그런데 최근 임무기한이 연장됐습니다.

전문진: 2023년 12월 31일이 원래 다누리 임무 계획 날인데 임무 궤적에서의 1년 되는 날인데 2025년 12월 31일로 2년 연장됐습니다. 다누리 임무 연장의 가장 큰 계기는 연료가 많이 남았어요. 연료만 남아서 되는 건 아니고 위성체도 잘 동작할 수 있어야 합니다.

김대관: 다누리 임무연장이 과학적 측면에서는 좋은 소식입니다. 2024년 까지는 현재의 100 X 100고도를 그대로 갈 겁니다. 같은 과학 데이터를 확장해서 넓은 영역의 더 나은 데이터를 얻고요. 그거에 대해서는 다들 동의했고요.

내레이션: 그렇다면 다누리는 달에서 어떤 임무를 수행 중 일까요? 다누리는 달로 떠나면서 6종의 과학탑재체를 실었습니다. 고해상도카메라 (LUTI), 광시야편광카메라 (Pol Cam), 영구음영지역카메라 (SCH), 자기장측정기(KMAG), 감마선 분광기 (KGRS), 우주인터넷탑재체 (DTN), 우리 기술로 독자 개발한 과학탑재체 5종과 미국이 개발한 쉐도우 캠 영구음영지역카메라입니다. 과학자들이 꼽은 달유인 착륙후보지는 태양빛이 직접 닿지 않은 달의 극지방, 영구음영지역(달의 공전과 자전주기 때문에 태양빛이 영원히 직접 닿지 않는 지역) 입니다. 여러 탐사를 통해 얼음이 발견된 곳인데요. 아무도 보지 못한 달의 극지방을 돌며 영구음영지역을 집중 촬영하는 쉐도우 기존 카메라 보다 200배 높은 강도로 인류생존에 필요한 물의 흔적을 확인하며 달 착륙 후보지를 찾기 위한 데이터를 확보하고 있습니다.

최영준: 달은 거의 수직으로 서서 자전하거든요. 그렇기에 달의 극지역에 만약 유성이나 혜성이 부딪혀서 물이 여기 들어와서 파인 거라고 하면 여기 안은 태양빛을 영원히 보지 못하기에 이것을 영구음영지역이라고 합니다. 이 지역에 물이 들어가면 빠져 나오지 못하기에 여기 안에서 물을 찾을 수 있을 거라고 기대하는데 이 지역은 햇빛이 안 돌기 때문에 볼 수가 없잖아요. 그런데 쉐도우 캠은 깊은 노출을 줘서 그 안에 있는 지형을 직접 관측을 했습니다.

내레이션: 쉐도우 캠이 촬영한 영구음영지역, 바위가 굴러 떨어진 흔적이 보일 정도로 선명합니다. 쉐도우 캠과 함께 달 착륙 후보지를 찾고 있는 루티, 한국항공 우주연구원이 개발한 과학탑재체입니다. 달에서 100킬로미터 떨어진 상공에서도 달 표면을 정밀하게 찍을 수 있는 고해상도 카메라죠.

허행팔/한국항공 우주연구원 위성탑재체 연구부장: 달 표면의 물질 자체가 지구를 덮고 있는 물질하고는 다르죠. 지구보다는 달 표면이 고르기에 균일한 물질로 되어 있어서 반사하는 특성도 지구랑 많이 다르고 그러한 반사특성이 다른 측면도 고려해야 되고 그 다음에 다누리의 생태적인 위치에  따라서 굉장히 많이 달라지거든요. 그래서 루티(LUTI, 고해상도 카메라)를 개발할 때 가장 신경썼던 부분이 굉장히 어두운 환경을 촬영하는 것과 굉장히 밝은 영역을 촬영하는 것, 이게 다 가능하게끔 했습니다. 저희가 루티를 개발할 때 우리가 만든 루티를 통해서 국민들이 지구에서 달도 보고 달에서 지구도 보고 우주도 보고 이런 걸 항상 생각하면서 개발을 했었고요.

내레이션: 그렇게 한 컷에 담긴 지구와 달 사진, 달에서 지구를 찍을 수 있었는데요.

김대관: 달에서 바라본 지구가 동그랗게 떠 있는 그 사진을 보는 순간 정말 달에 갔구나. 달에서 지구를 바라보고 있으니 그런데 그때 22년 12월 24일 낮에 밖에 나와 있었으면 단체 사진 찍혔다고, 55억 아시아 인구가 다 찍힌 단체 사진이라고 그랬어요.

김동규/한국항공 우주연구원 위성우주탐사체계설계부 책임연구원: 누구나 다 알아요. 지구는 동그랗고 흑백으로 찍으면 어떻게 나온다는 걸 다 아는데 그때 그 순간을 잊지 못해요. 우리가 만든 카메라로 영상이 나와서 첫 영상을 봤다는 게 너무 가슴 뭉쿨했어요.

전문진: 루티의 사진이 이렇게 잘 나오는데 우리가 네 달 반 동안 가만히 있을 수 없다. 뭐가 있을까? 더 의미 있고 과학적으로도 의미가 있었으면 좋겠고 내부적으로 얘기를 했을 때 달이 지구 주위를 공전하는 걸 한 번 찍어보자. 한 달 동안 그 똑 같은 사진으로 지구를 가운데다 놓고 찍자 한 달 동안 매일매일 같은 시간에 계속했고 나중에 영상을 만들어 보니까 진짜 공전하는 게 보이더라고요.

내레이션: 마치 달 처럼 초승에서 보름, 그믐으로 변하는 지구, 드라이갈스키 분화구(2023.7.10 오전10시58분촬영)-달 남극 근처에 위치한 직경 약150킬로미터 대형 분화구,  루티는 달 곳곳에 신비스러운 지형을 선명하게, 슈뢰딩거분지(2023.3.24 오전7시14분촬영)-가장 자리가 불규칙한 벽으로 둘러싸인 넓은 평야,  포착해 보내왔습니다. 아문센분화구(2023.7.27 오전8시7분 촬영)-달 남극의 주요 충돌 분화구로 영구음영지역이 존재, 전 세계의 기대를 받고 있는 탑재체 폴캠, 한국천문연구원이 개발한 광시야편광카메라입니다.

최영준: 광시야 편광카메라는 시야가 넓고 편광으로 관측을 하는 카메라입니다. 편광이란 노트북에 편광필터가 있는 경우 옆에서 조그만 비켜서도 못 보잖아요. 빛과 달 표면, 관측자인 인공위성의 위상각이 중요한 데 편광 관측이 지상에서는 어렵고 달의 뒷면은 아예 보이지 않고 그렇기에 닭 궤도선에서 다양한 각도의 모든 지역에 대해 편광에 대한 정보를 얻는 것은 궤도선에서 할 수 있는 유일한 방법입니다.

내레이션: 100킬로미터 상공에서도 지표면 입자를 자세히 관측해 달표면 입자정보를 얻을 수 있는데요.

최영준: 편광 카메라를 이용해서 달 표면을 관측하면 달 표면의 입자크기와 지역마다 분포가 어떤지 알게 되고 그러면 달 표면이 오랜 시간 동안 어떤 변화를 겪었는지 연구할 수 있습니다. 흥미로운 것은 다누리가 달을 두 시간에 한 번씩 도는데 달도 공전과 자전을 같이 하잖아요. 연속해서 달 표면 영상을 모자이크 할 수 있습니다. 그 영상을 이어 붙여서 전체 지도편광 정보가 포함된 달 전체 지도를 제작하고 있습니다.

내레이션: 달 뒷면을 편광 관측한 것도 달 전체지도를 그리는 것도 다누리가 세계 최초로 하고 있습니다. (광시야 편광 카메라로 촬영한 달 전체지도), 그런데 다누리는 어떻게 수십 만 킬로미터 떨어진 지구와 통신을 하는 걸까요? 심우주 지상국(경기도 여주시), (심우주안테나-반사경 직경 35미터, 높이 7미터 규모 다누리와의 교신을 위해 2022년 5월 완공), 그 비밀은 경기도 여주에 설치된 이 거대한 안테나에 있습니다. 우주에서 오는 전파를 모우는 반사파는 직경 35미터, 무게 100톤으로 국내 최대규모인데요. 다누리와의 통신을 위해 2022년 완공됐습니다. 우리 역사상 가장 먼 곳으로 떠나는 다누리가 길을 잃고 헤매지 않도록 통신하며 지상에서 다누리의 눈과 귀가 되었지요.

박덕종/한국항공 우주연구원 지상국기술연구부 책임연구원: KDSA(심우주지상안테나)에 대해 소개하면 국내 최대규모의 안테나고요. 심우주 미션을 지원합니다. 달 미선, 화성, 목성 미션까지도 지원이 가능한 안테나고요. 2022년 1월부터 다누리 발사전 점검을 했습니다. 아주 먼 거리에서 오는 미약한 신호를 인식하고 추적할 수 있고 증폭도 할 수 있는 기능이 탑재돼 있습니다.

내레이션: 다누리의 미세한 신호도 포착해 실시간 추적하는 심우주 안테나, 지구와 달 사이보다 네 배나 먼 우주에 떨어져 있을 때도 교신이 가능했습니다. 나사에서 먼저 제안한 것은 목성 탐사선 주노(JUNO)도 심우주 안테나로 관측해 보자. 그 당시 주노가 7억 킬로미터가 떨어져 있었거든요. 주노의 추적은 궤도 데이터를 받아서 입력하고 7억 킬로미터 떨어져 있는 주노와 교신했습니다. 주노의 신호를 받아서 나사에 보냈을 때 나사도 굉장히 고무적이라고 평가했습니다.

내레이션: 다누리의 신호를 추적하는 것은 우리나라 뿐만이 아닌데요.

박덕종: 우주 사업에서 국제 협력이 굉장히 중요합니다. 다누리 운영할 때 지구를 중심으로 120도 나누면 3개 지역입니다. 미국, 호주 또는 한국, 스페인 기관들과 협력해서 너네 안테나를 쓰자, 다음엔 우리 안테나 쓰게 해줄게 이렇게 협력하는 거죠.

내레이션: 지구에서 인터넷을 사용하듯 자료로 업무도 할 수 있습니다. 다누리에 실은 우주인터넷 탑재체를 통해 심우주인터넷 기술을 선보인 거죠. 우주인터넷 탑재체(DTNPL-Disruption Tolerant Network Payload), 달에서 지구까지 데이터를 전송하는 데 걸리는 시간은 단 2초, 문자는 물론 스트리밍 영상도 전송할 수 있는데요. 최초로 전송한 영상은 BTS의 뮤직 비디오, 지구촌 전역에 BTS의 노래가 울려퍼지는 순간이었죠. 창어[상어] 5호-중국의 무인 달 탐사선(2020.11.24), 우주신흥강자 중국, 2020년 무인 탐사선 창어 5호를 발사해 달 토양을 채취하며 달 탐사에 열을 올리고 있습니다. 슬림[SLIM]-일본의 무인 달 탐사선 (2024.1.20) 이웃 나라 일본도 24년 1월 달탐사선 슬림을 보내 달 토양채집에 나섰는데요. 이들이 달 토양에 관심을 갖는 이유는 뭘까요?

이창진: 선진국인 일본, 중국, 러시아 전부 달에 가거나 갔다 온 경험이 있는 나라들인데 달 암석이나 토양을 채취해서 지구에 가지고 와서 분석해 보니 지구에는 없는 새로운 물질이 달 표면 토양에 많이 있더라. 달에 희귀 광물이 있는 거예요. 가지고 오면 달 탐사의 플러스가 되는 거죠.

내레이션: (주오대학-도쿄도 하치오지시), 2007년 무인 달 탐사선 발사에 성공한 우주 선진국 일본, 달 자원을 탐사하기 위해 달 탐사 로봇을 연구 중인 나카무라 교수를 만났습니다.

타로 나카무라/일본 주오대학 이공학부 교수: 이것이 달 탐사에 이용할 것입니다. 아직 시제품이기 때문에 완성품은 아닙니다만 이렇게 안에 공간이 있고 이 안에 드릴이 들어가게 됩니다. 이렇게 땅을 파게 됩니다. 이 부분이 꿈틀 꿈틀 지렁이처럼 움직이며 땅을 파게 됩니다.

내레이션: 수축과 팽창을 반복하며 움직이는 지렁이의 연동 움직임을 모방해 만든 달 탐사 로봇,

나카무라: 달 탐사의 경우 공기압을 사용할 수 없기에 모터를 이용합니다. 달에 착륙 후 달의 표면을 탐사히기 위해 지렁이 로버를 이용하는 연구를 하고 있습니다.

내레이션: 지렁이 로봇은 일본 우주청과 함께 개발 중인데요. 좁은 공간에서 효율적으로 움직이며 채굴이 가능해 달 지원 탐사에 활용할 계획입니다.

나카무라: 이러한 굴착기술이나 지렁이의 연동운동을 활용하면 우주탐사의 새로운 기술혁신을 할 수 있을 것입니다. 달에는 많은 자원이 매장되어 있고 이런 자원을 지렁이 로봇을 이용하여 희토류를 채굴한다면 먹고 뱉어내는 달 연구에 활용하거나 다양한 개발이 세계 최초로 가능해 집니다.

내레이션: (한국지질 자원연구원-대전광역시 유성구), 우리나라도 행성자원개발에 나서고 있습니다. 한국지질자원 연구원은 2023년 우주자원개발센터를 설립해 운영 중인데요.

김경자: 이것이 다누리에 실린 감마선 분광기의 기술인증 모델이고요. 똑 같이 생긴 거예요. 감마선 분광기가 달에 갔으니까 기술력 9까지 입증된 거죠.

내레이션: 독자개발 해 다누리에 실은 감마선 분광기, 태양풍이 달 표면에 충돌할 때 방출되는 감마선 스펙트럼으로 원소를 분석합니다.

김수연/국립지질자원연구원 박사 후 연구원: 아래 쪽 암석에서 감마선 스펙트럼이 GRS와 GNS에서 각각 수집하고 있습니다. 암석에 어떤 성분이 있는지 감마선 스펙트럼 안에 들어 있어서 이 스텍트럼 정보를 가지고 분석하고 달에서 하게 된다면 달의 각 지역마다 어디에 어떤 성분이 많은지 알 수 있습니다.

내레이션: 다누리가 10초 마다 전송하는 감마선 데이터로 세계에서 가장 정확한 달의 물지도와 달의 자원분포 지도를 만들고 있는 데요. 이미 달 원소지도는 성과를 보이며 제작되고 있지요. 특히 전 세계가 논독을 들이는 달 자원은 헬륨-3(Helium-3), 지구에 거의 없어 이름이 생소하지만 그 가치는 어마어마합니다. 무려 금 6배의 가치를 지녔죠. 달에 매장된 헬륨-3로 핵융합 발전을 하면 엄청난 에너지를 만들 수 있는데요. 그 과정에서 방사능이나 폐기물 등이 나오지 않아 청정 에너지로 더욱 각광 받고 있습니다.

이창진: 헬륨-3는 핵융합의 기본 물질로 그걸 달에서 갖고 오면 지구에서 굉장히 좋은 효과가 있는 거죠. 달에 연구 기지를 만들어 놓고 달에 거주를 한다면 헬륨-3를 채취해서 갖고 오는 게 보다 쉬워질 거고 아니면 헬륨-3를 이용해서 핵융합 발전을 달에서 하는 거죠.

내레이션: 달에 헬륨-3를 쓸 수 있다면 지구는 에너지 걱정 없이 살 수 있고 달 거주도 한결 수월해 지는 거죠.

김경자: 우리가 달 착륙선을 내린다고 하면 헬륨-3가 많은 데를 간다고 하면 우리는 어디를 가야 되느냐를 알기 위해서 연구했어요. 조사를 해보니까 헬륨-3가 달 표면에 110만 t이 있는 거고 바다 지역은 60만 t 정도, 그 다음에 고원 지역에도 50만t(매장되어 있다고) 보고 있는데 헬륨-3가 많은 것으로 추정하는 지역을 우리가 지도로 만든 거에요.

내레이션: 헬륨-3가 풍부한 곳으로 추정되는 지역 5곳을 찾아내 지도로 만든 김경자 박사, 채굴후보 지역과 함께 유력한 달 착륙 후보지를 찾아냈습니다.

김경자: 앞으로 제가 우주 산업에 기여할 수 있는 건 달 자원연구, 우리가 생존에 필요한 물, 산소, 수소 같은 걸 추출하고 우리가 염원하는 헬륨-3를 어떻게 추출할 수 있을지 10~20년 걸릴지도 모르지만 그러한 연구를 하고 있는데 특히 우주 자원에 있어서는 부국이 될 수 있는 쪽으로 저의 마지막 남은 시간을 들여 기여하고 싶습니다.

내레이션: (한국건설기술연구원 경기도 고양시), 우주 선진국 보다 한 발 늦었지만 달 탐사에 속도를 내고 있는 대한민국, 국내 기술력으로 우주환경기술을 검증할 수 있는 거대한 진공 챔버도 개발해 냈습니다.

박승수/한국건설기술연구원: 우주 미션의 지향점이라고 할까요.  그런 것들이 원래는 궤도 미션이라고 해서 달의 궤도라든지 지구의 궤도 이런 쪽에서 미션이 수행되어 왔는데 요즘은 지속 가능한 우주미션 수행이라고 해서 달 환경, 달 표면 위에서 미션을 수행하는 쪽으로 우주개발의 패러다임이 옮겨가고 있습니다. 그렇게 하려면 단순히 우주 환경뿐만이 아니라 달 표면의 특징들을 구현할 수 있는 인공 챔버를 만드는 것이 중요합니다.

내레이션: 대기가 있는 지구와 달리 태양풍과 우주 방사선에 그대로 노출된 달 표면, 곧고 날카로운 흙과 먼지로 뒤덮혀 있어 달에서 임무를 수행하는 탐사장비에는 치명적인데요. (지반열진공 챔버-가로, 세로, 높이 4미터 규모의 세계 유일의 달 지상 환경실증 시설), 극한의 달 환경을 진공챔버에서 재현해 실험을 할 수 있습니다.

박승수: 달에는 대기가 없기 때문에 낮이랑 밤에 온도변화가 극심합니다. 그래서 낮에 달의 표면은 온도가 약 150도 까지 올라가고요. 밤에는 영하 190도 까지 내려갑니다. 그래서 저희는 그러한 달의 극한의 온도 환경을 구현하기 위해서 지반열진공 챔버 위쪽에 보시면 할로갠 램프가 있습니다. 할로갠 램프는 최대 300도 가량까지 열을 줄 수가 있고요. 안쪽에 액체질소가 차게 되면 표면 온도가 영하 190도 정도까지 떨어집니다.

내레이션: 지상에서 이루어지는 달 환경 실험, 달 탐사장비들이 겪게 될 실패와 오류를 사전에 줄여 줄 것으로 기대하고 있습니다.

정태일/한국건설 기술연구원 연구원: 달에 보내는 거는 굉장히 비용이 많이 드니까 검증단계를 거치지 않고는 탑재체를 달에 보낼 수가 없죠. 그런데 만약 저희가 이러한 달 환경을 모사한 곳에 흙까지 포함되어 있는 환경을 모사한 검증시설이 있다면 우리 기술을 유사한 환경에서 검증함으로써 사전에 발생할 문제점들을 보완할 수 있고 기술의 개발단계를 조금 높일 수 있어서 향후 달에 실제로 가는 미션의 성공 가능성을 높일 수 있다고 생각합니다.

내레이션: 달 환경을 구현하기 위해 인공 월면토도 직접 만들고 있습니다. 재료는 강원도 철원의 현무암,

유병현/한국건설 기술연구원 연구원: 처음 이 돌을 깨려고 했더니 너무 단단한 겁니다. 그래서 처음에 망치로 깨보고 기계로 깨보기도 했었거든요. 아무리 해도 돌을 깰 방안이 안 나는 거예요. 그런데 어머니랑 같이 추석날 송편 만들러 방앗간을 갔어요. 방앗간 가서 방앗간 장비들을 다 보면서 그 장비에서 아이디어를 착안해서 만든 겁니다.

내레이션:  달 토양과 가장 비슷한 흙을 찾아 전국을 누빈 끝에 찾아낸 돌이 현무암 이었죠. 방앗간에서 볼 법한 분쇄기에 넣고 고운 입자가 될 때까지 반복해서 빻고 또 빻기를 수차례 달 건축 재료로도 쓰이는 인공 월면토가 탄생했습니다.

유병현: 우주에 가서 건설을 하게 되면 건설 초기에 시멘트나 물이 필요하지 않습니까. 시멘트를 가지고 가려면 비용이 어마 어마하게 듭니다. 그래서 저희 연구원은 달에 있는 흙을 사용하자. 달에 가면 널린게 흙인데 왜 그 흙으로 안 만들어요. 그 흙을 가지고 고대부터 건설재료로 사용한 건 흙이잖아요.

내레이션: 달의 흙으로 달 기지를 짓겠다는 발상, 하지만 진공상태인 달에서 물 없이는 벽돌 제작이 불가능해 보였습니다. 수많은 실패와 고민 끝에 찾은 방법이 전자 레인지에 쓰이는 마이크로파, 분말상태의 인공 월면토를 틀에 넣고 단열재를 덮은 뒤 1100도씨의 고온에서 열처리를 합니다.

김영재/한국건설 기술연구원 수석연구원: 전자 레인지에서 피자나 음식 데우셨을 때 한쪽은 뜨거운데 한쪽은 차가운 경험 있잖아요. 그것이 마이크로파 에너지가 위치에 따라서 다르기 때문인데요. 저희 실험에서도 그런 영향들이 보여서 한쪽은 고령화가 잘 됐는데 한쪽은 너무 용융이 돼서 불균질한 블록이 만들어지기도 했어요. 그래서 저희가 승온 속도, 가열속도를 조절하고 유지시간을 조절하는 시행착오를 거쳐서 최적의 소결 조건들을 찾았습니다.

내레이션: 도자기 굽듯 고열을 가한지 6시간 후 벽돌을 만드는데 성공했습니다. 다른 재료 없이 오직 인공월면토로 만든 벽돌, 내구성도 콘크리트와 유사한 수준입니다.

김영재/한국건설 기술연구원 수석연구원: 지금은 10센치미터 크기의 벽돌을 만들고 있지만 저희의 올해 목표는 20센치 정도의 벽돌을 만드는게 목표인데요. 크기를 키우는게 단순하고 간단하다고 생각하실 수 있겠지만 굉장히 시행착오를 많이 겪고 있거든요, 불균질하지 않고 균질한 형태를 갖는 벽돌을 만들고자 하는 연구를 수행하고 있습니다.

내레이션: 여기서 한 발 나아가 독자적인 우주건설 기술을 위한 단계도 하나씩 준비 중입니다.

이장근/한국건설 기술연구원 센터장: 자체 생산이 가능한 건설 재료 생산 기술을 확보하고 있고요.지형도를 제작할 수 있는 기술까지 개발하고 있습니다. 건설을 위한 초기 단계인 계획을 할 수 있는 기초 기술은 이미 다 저희 연구원에서 확보하고 있고요. 이제는 더 나아가 이러한 기술을 활용할 수 있는 우주건설 기술을 위한 응용기술의 새로운 사업을 추진하고 있습니다.

내레이션: 우주 강국들은 이미 진행 중인 달 기지 건설, 우리도 달 현지에서 확보할 수 있는 자원을 통해 건축재료도 만들고 우리 만의 기술로 달 기지를 건설한다면 얼마나 멋질까요. 달에 완성할 우리 만의 달기지, 어쩌면 꿈만은 아닐지도 모를 일입니다. (U우주개발 스타트업-서울특별시 성동구), 우주기술의 시험장이자 무한한 가치를 지닌 달, 민간기업들도 우주산업에 뛰어들고 있습니다. 서울의 한 사무실, 자율주행 로버가 자유롭게 사무실을 누비고 있습니다. 젊은 공학도들이 뭉쳐서 설립한 우주 스타트업입니다.

김경우/U우주개발 스타트업 연구원: 슬램이라고 해서 내부 환경을 라이더 센서로 로봇 청소기 하기 전에 미리 집안 구조를 파악하는 그것과 같은 거라고 생각하시면 됩니다. 이런 식으로 사무 실 안의 지도가 그려지게 됐고 이 지도를 활용해서 원하는 곳으로 로봇을 보내게 되면 로봇이 앞에 있는 장애물이나 주변에 고정된 벽돌을 피해서 자율적으로 주행할 수 있는 로버 자율주행 시스템입니다.

내레이션: 민간기업으로는 유일하게 무인 탐사로버를 개발 중인데요. 특히 달탐사 로버에 주력하고 있습니다.

조남석/U우주개발 스타트업 대표: 지구상에 굴러다니는 로봇이 세상에 많이 있는데 그게 우주에 그냥 가면 안 되냐고 물어보시기도 하고 저도 그렇게 생각을 했습니다. 그런데 이런 것들을 만들다 보니까 우주라는 특수한 환경 때문에 그 요구 조건에 맞춰서 로봇들을 설계를 다시 해야 되고 진공환경에서 로봇이 어떻게 주행을 할 것인지 어떻게 구성이 될 것인지 그런 우주 환경 조건들을 하나씩 연구해 나가다 보면 우리가 우주에 가서 우리나라의 국기를 꽂고 우리가 만든 걸 전 세계에서도 사용하지 않을까. 그런 생각에서 프로젝트를 계속 진행하고 있습니다.

내레이션: 로버 개발을 본격화한 지는 5년째, 다양한 아이디어가 로버를 개발 중인데요.

임소정/U우주개발 스타트업 연구원: 무인 탐사이기 때문에 우주로 가서 사람이 조립하는 게 아니잖아요. 그렇다 보니 위 아래로 남는 공간이 발생하게 됩니다. 로버를 위나 아래로 접게 되면 그만큼 공간 활용성이 더 높아지게 됩니다.

내레이션: 탑재체 무게에 공간 활용성까지 고려한 아이디어죠. 로버 시험을 위해 인공월면토가 깔린 6미터 크기의 로버주행 시험장까지를 설치해 놨는데요.

임소정: 이런 식으로 지구의 모래와 달의 모래는 굉장히 다른 특성을 가지고 있습니다. 가장 큰 차이점은 달 표면 모래의 입자가 곱다는 건데요. 그러면 태양광 패널에 먼지가 쌓일 뿐아니라 기계 장치 내부에도 들어갑니다. 예를 들어 탑재체의 기어나 모터 안에 모래가 들어가면 마찰이 심해져서 모터의 수명이 빨리 다하는 환경이 만들어질 수 있기에 그 환경을 저희가 예측하고 분석하기 위해 레골리스 (월면토) 안에서 연구하고 있습니다.

내레이션: 입자가 곱고 부드러운 월면토에서 로버가 얼마나 안정적으로 운동할 수 있는지가 관건, 카메라 센서를 장착해 지형 데이터를 실시간 전송하고 바퀴 형태의 바퀴를 고안해 냈습니다. 그러자 로버의 접지력과 주행 안전성이 한결 개선 됐죠.

조남석: 저희 회사는 로버의 휠이 메인이 거든요. 굉장히 부드러운 흙에서 작은 로버가 바퀴 디자인이 조금만 잘못 되더라도 아예 빠져버리거나 주행을 못하고 빠져 버리거나 멈춰버리는 일들이 생깁니다. 그래서 그런 면에서 저희가 작은 로버에 특화해서 바퀴나 이런 기술들을 계속 연구하고 발전시켜 나가고 있는 상태입니다.

내레이션: 우리는 스스로 과학 임무를 설계하고 탑재체를 독자 개발해 우주 탐사의 첫 장을 우리 손으로 펼쳐 냈습니다. 그러나 여기서 끝이 아닙니다. 달 착륙선을 발사해 달에 직접 내딛고 화성 착륙도 목표로 하고 있지요.

안형준: 2032년 말 착륙선도 이미 개발은 시작을 했고요. 달 착륙을 해서 우리가 뭘 할 것인가에 대한 임무 연구를 이제 시작했어요. 그리고 2045년 화성 착륙도 기술적으로 그렇게 쉽지는 않을 거예요. 굉장히 노력을 많이 해야 되고 예산 투입도 많이 되어야 할 텐데 지금부터 준비를 하지 않으면 그런 것들은 저절로 이루이지는 것들이 아니기 때문에 차근차근 준비를 해나가고 있습니다.

내레이션 우리나라 영토가 지구를 넘어 달과 화성으로 확장될 순간이 다가오고 있습니다. 달을 밟지 않고서는 미래로 나갈 수 없습니다. 한참이나 뒤쳐진 출발, 가야 할 길도 멀기만 합니다. 그래도 우리에게는 스스로 증명한 기술력과 자신감이 있습니다.

배종희: 더 먼 미래, 더 먼 우주를 갈 수 있는 확인도장은 받았다고 생각이 들어요. 앞으로 더 가까이에 있는 화성을 갈 수도 있는 것이고 화성을 넘어서 다른 먼 우주로 여행을 떠날 수 있을 거라고 생각해요.

조영호: 다누리 발사를 준비하면서 많은 문제가 생겼고 그 문제들을 해결했던 경험들은 새로운 걸 했을 때 해낼 수 있다는 자신감이지 않을까.

김동규: 사람이 갈 수 있는 영역을 확장하고 안 가본 곳을 가려고 노력하고 그 방안을 찾고 발견하는 일은 위대한 일인 것 같애요.

허행팔 인류가 달을 넘어 화성도 가고 우주로 가기에 우리나라도 우주로 갈 수 있는 모든 제반 기술을 갖추는 것, 그걸 어떻게 활용할지는 그 다음 단계이고, 지금 시점에서는 묻지 말고 달로 가는 기술, 우주로 가는 기술 그걸 이용해 무언가 할 수 있는 기술들을 완벽하게 구축하는 것이 중요하다고 생각합니다.

내레이션: 밤 하늘 넘어 멀게만 느껴지던 우주가 이제야 가깝게 다가옵니다. 고요의 바다, 달에서 확인한 무한한 가능성과 미래, 우리가 멈추지 않고 한 걸음 한 걸음 내딛는다면 더 많은 미래가 가능해질 것입니다. 이것이 우리가 달에 가는 그리고 가야만 하는 이유입니다. 끝. (EBS 다큐프라임 1626회 우주가 부른다 1부 우리도 달에 간다 에서 정리).

내용요약

① 우주는 현재도 있고 과거에도 있었으며 앞으로도 존재할 모든 것이다. 인류가 달을 향해 내딛은 발걸음은 상상을 현실로 만들고 인류 역사에 커다란 도약을 만들었다. 지구의 한계를 넘어, 우주 탐사의 가능성을 열어준 고요의 바다, 달이 부활하고 있다. 새로운 기회의 땅이자 우주 탐사의 첫 장을 열어 준 무대, 달이 우리를 부르고 있다. 강원도 정선에 예미산 자락, 국내 유일의 철광산이 자리하고 있다. 승강기에 오르는 이들은 광부가 아닌 과학자들이다. (엘리베이터 안에서) 탑승 완료, 초속 4미터의 승강기를 타고 수직 갱도, 따라 내려온 지 약 3분, 하차. 지하 깊숙한 곳에 도착했다. 그곳에서 다시 기나긴 터널을 지나면 그 끝에 위치한 비밀스러운 공간 지하 1100미터에 위치한 실험실, 예미랩이다. 한국기초과학 연구원 지하실험실 우주기원을 밝혀줄 우주물질들을 탐구하기 위해 만든 곳이다. 전국에서 후보지를 선정해서 최소 1000미터 이상의 깊이를 확보할 수 있는 공간, 그래서 각 지형에 따라 뮤온(Muon, 우주를 구성하는 기본입자) 감소율을 시뮬레이션을 통해 계산해 보고 기존의 철광갱도에서부터 지금의 예미랩으로 만들기 위해 추가로 800미터 이상 경사로 굴진을 했다.

암흑물질탐색 코사인실험실, 우주 물질 중 가장 베일에 싸여 있는 건 암흑 에너지, 우주 전체의 약 5%가 좀 안 되는 영역을 관측했다. 중력의 영향도 받지 않고 정체를 모른다. 그렇다면 순수 에너지 덩어리로 보인다. 그래서 다크 에너지, 암흑 에너지 라고 부른다. 우주를 연구한다고 행성, 별, 은하 이런 것만 연구하는 게 아니라 이렇게 작은 입자 하나 하나를 연구하는 것도 우주를 이해하는 데 한 걸음 한 걸음 나아가는 연구가 된다. 세계에서 여섯 번째로 큰 규모의 지하 실험실, 새로운 발견을 원하는 과학자들의 다양한 지하실험이 진행 중이다. 한국지질자원 연구소도 그들 중 하나, 달 원소를 분석하는 새 장비들을 개발해 연구 중이다. 바로 어떤 원소가 있는지 알 수 있는 감마선 중성자 분광기와 정량을 알려주는 레이더분광기, 원자력연구소와 공동개발한 환경탐사용 로버에 탑재해 성능을 실험할 계획이다.  바깥보다는 순수한 물질이 많고 이전에 개발한 두 분광기를 이런 지하에서 테스트하면 새로운 환경이기에 캘리브레이션(기준값을 설정하여 측정값을 비교)에서 이 장소가 중요하다.  땅 속 깊은 곳에서 우주 방사능이 거의 닿지 않는 공간, 달 환경과도 흡사해 장비들이 제대로 작동하는지 실험하기에 최적의 장소다.  긴장한 표정의 김경자 박사, 이미 여러 차례 신호를 받는데 실패했던 터라 걱정이 많다. 실험결과를 확인할 시간, 이번엔 신호가 제대로 들어왔다. 오 이제 된다. 결국은 제대로 된 데이터를 얻게 됐다.

② 움직일 수 있는 로버 시스템의 로버를 개발하고 한국지질자원연구원에서는 자원을 탐사하고 추출하는 장치를 개발해서 시스템에 연결해서 같이 실험하고 있다. 처음 왔을 때는 지질자원연구원의 장비 센서가 작동에 어려움이 있어서 좋은 데이터를 받지 못했다. 두 번째 왔을 때는 로버가 고장 나서 데이터를 얻기 어려웠다. 세 번째 왔을 때 어느 정도 가능성이 보인다고 했었고 오늘은 양쪽 센서도 잘 동작하고 로버도 잘 움직이고 좋은 데이터를 얻을 수 있다.  방사선을 측정하는 감마선 중성자 외에 립스 레이저를 추가 했기에 모든 원소를 볼 수 있고 광물을 조사할 수 있다. 지하에서 실험하면서 오늘 좋은 데이터 결과가 나왔다. 물에 의해 생기는 새로운 수산화칼슘 같은 것도 볼 수 있었고 조그만 화성에 온 느낌이다. 끝을 알 수 없는 광활한 우주에서 지구와 가장 가까운 천체 달, 달은 오랫동안 인류와 함께 하며 수많은 영감을 불러 일으킨 지구의 모든 생명에 영향을 미쳐왔다. 친근하지만 닿을 수 없는 존재였다. (1969년 7월 16일 아폴로 11호 [Apollo 11] 유인우주선 발사), 그런데 1969년 대사건이 벌어졌다. 전 세계가 지켜보는 가운데 미국의 아폴로 11호가 달 착륙에 성공한다. 닐 암스트롱: 이것이 인간에 있어서는 작은 한 걸음이지만 인류에게는 거대한 도약이다.

아폴로 탐사중단 반세기가 지난 지금 달이 다시 주목 받고 있다. 마이크 펜스/前미국부통령(2019.3.26)은 우리는 다음 거대한 도약을 위해 미국의 우주비행사들을 달로 보낼 때가 왔다. 아르테미스 계획[Artemis Program]-미국항공 우주국(NASA)의 유인 달탐사계획, 인류 역사상 최초의 여성 우주인을 포함한 4명의 인류를 달에 보내는 것을 최종목표로 진행, 새로운 달 탐사계획 아르테미스, 2026년 여성을 포함한 우주인을 달로 보내고 2030년 달유인 기지를 건설하는 야심찬 프로젝트다. 우리나라도 열 번째 협정국으로 참여 중이다. 원래는 달과 화성을 탐사하려는 Moon to Mars라는 프로젝트고 아폴로가 달에 잠시 갔다가 돌아왔지만 이번에는 달에 영구적으로 상주할 수 있는 기지를 만들어서 사람이 지속적으로 상주할 수 있도록 하겠다는 게 아르테미스 계획의 첫 번째 목표고 두 번째는 달 표면에 사람이 상주할 수 있는 경험을 하고 그 경험들을 이용해서 화성도 다녀올 수 있다고 생각하는 것,  지구에서 화성까지 직접 갈 수는 없지만 지구에서 달을 중간 정거장으로 해서 달에서 화성을 왔다 갔다 하는 건 가능하기에 달을 전진기지로 대중교통수단(발사체)을 만들겠다는 것이다.

③ 기후변화와 환경오염, 자원고갈문제로 위기에 처한 지구, 인류는 제2의 지구를 찾기 위한 시도를 해왔다. 퍼서비어런스[Perseverance]-미국 나사 NASA의 화성탐사로버, 그 꿈을 위해 미국나사가 쏘아 보낸 무인탐사로봇 퍼서비어런스 2024년 2월 화성착륙에 성공했다. 퍼서비어런스는 인간 대신 척후병이 되어 화성의 토양 샘풀을 채집하고 생명체 흔적을 찾는 임무를 맡았다. (실제녹음된 화성바람소리), 그 과정에서 화성의 모습과 바람 소리를 담아 지구에 전송하기도 했다. 지금은 황량한 땅, 그러나 화성의 비밀이 밝혀진다면 인류생존의 마지막 희망이 이곳에 있을지도 모른다.  화성은 지구와 상당히 비슷한 환경을 가졌었다. 수십억 년 전에 물도 있었고 그런데 어떤 이유에서 인지 환경이 죽었다. 그래서 화성 탐사를 하는 이유는 이전 환경이 지구와 비슷하면 생명이 있을 확률이 크다. 지구와 환경이 비슷한데 화성은 왜 죽음의 땅이 되었을까. 화성을 이해하면 지구를 이해하는데 큰 도움이 되겠다.  화성을 가기 위한 전초기지 달, 문 빌리지[Moon Village] 유럽우주국(EUSA)의 달 기지 건설계획, 유럽 우주국도 미국 못지 않게 달 탐사에 적극적이다. 달 착륙선을 보낸데 이어 달 기지건설도 계획 중이다. 창어 중국달 탐사선, 찬드라얀[Chandrayaan] 인도 달 탐사선, 아시아 국가들도 앞 다투어 달 탐사경쟁에 뛰어들었다. 그 대열에 우리나라도 합류했다. 2022년 8월 5일 미국 케이프커내버럴 공군기지에서 스페이스X의 팰컨9에 실려 발사된 다누리 (KPLO), 2022년 8월 5일 우리 손으로 개발한 달 궤도 탐사선 다누리가 하늘로 올랐다. 다누리 [KPLO]대한민국 최초의 달 궤도 탐사선, 무사히 지구궤도를 벗어나 패어링을 분리한 다누리, 위성을 성공적으로 분리하며 긴 新우주 항해를 시작했다. 지구를 떠난 지, 1년 8개월, 다누리는 잘 지내고 있을까. 한국항공 우주연구원의 위성운영 관제실, 다누리를 놓치지 않기 위해 모니터로 실시간 위치를 파악하며 교신 중이다. 145일 만에 임무궤도에 안착한 다누리, 지금은 달 상공 100킬로미터에서 하루 12번씩 달을 돌며 쉴새없이 우주를 누비고 있다.

④ 지상 시스템 운영 업무는 9명이 수행하고 있다. 스케줄 근무로 밤과 낮에 교대 근무하는 인원이 네 명이 있고 낮에 임무계획이나 지상시스템 실시간 운영지원이라든지 군대의 위수지역처럼 관제실 근처에서 멀리 떨어지지 않고 대기하고 있다. 평상시에도 매일 궤도 결정을 하면서 다누리가 현재 어느 위치에 있고 앞으로 어떤 궤도를 지나갈 것인지 과학탑재체에게 궤도 정보전달을 해서 원하고자 하는 지역을 찍을 수 있도록 관측을 할 수 있도록 다누리를 진행하는 업무를 수행하고 있다.  우리나라가 독자 개발한 최초의 달 탐사선 다누리, 7년간의 꼼꼼한 설계와 끊임없는 검증으로 만들어진 결과였다. 그러나 개발과정은 순탄치 않았다. 가장 큰 고비는 탐사선 중량 증가, 탑재체가 늘어나면서 목표 무게보다 23%가 증가하였다.  처음에 예측하지 못했던 것은 달 탐사선 사업이 처음에 한국형 발사체에 실어서 달에 보내는 것을 기준으로 했기에 550킬로그램이라는 발사중량이 정해져 있었고 그 무게에 맞추는 엔지니어링을 했는데 탑재체가 늘어나다 보니까 승객이 많아지니까 당연히 버스도 커져야 하는데 그게 550킬로그램에 담기에는 쉽지 않았다.  어쩔 수 없이 달 탐사선의 增量을 하고 연료가 줄어들게 되고 쓸 수 있는 연료가 줄어들면 달에 진입조차 못하는 상황이 발생한다. 

⑤ 발사가 7개월 밖에 남지 않은 상황, 궤도설계팀은 초비상이 걸렸다. 달라진 무게에 맞추어 모든 것을 새로 시작하고 모든 항로를 재검토해야 했다.  방법이 없었다. 일단 무게는 중가됐고 무게증가를 공식화했고 주어진 연료는 한정되고 하드웨어 부품을 다 뜯어서 새로 조립할 수는 없는 상황이고 최선의 방법은 달 탐사선이 가는 길을 바꿔서 우리가 목표로 했던 임무를 달성하는 방법 밖에 없었다.  달에서 몇 개월 동안은 100킬로미터 궤적을 이용하다가 300킬로미터로도 이용하는 궤적혼용 제안을 나사한테 했었고 나사에서는 그건 좋은 방안이 아니라고 응답을 했고 나사가 BLT(탄도형 달 전이방식)를 써보는 게 어떠냐고 제안했다.  지구와 달의 거리는 38만 킬로미터, 곧장 가면 사흘 만에 도착한다. 하지만 연구진들은 고심 끝에 태양 쪽으로 리본 모양을 그리며 멀리 돌아가는 BLT 궤도를 선택했다. BLT[탄도형 달 전이방식]-지구와 달, 태양의 중력을 이용해서 달 궤도에 탐사선을 진입시키는 방법, 중력을 이용해 연료를 가장 아낄 수 있는 가성비 코스였다.  이 BLT 궤적은 거의 불가능하다고 생각을 했었다. 그건 아예 처음 기획 단계부터 빠져 있었다.  이 BLT 궤적자체를 시행했던 경우가 거의 없다 우리는 당연히 한 번도 안 해봤고 외국에서도 일본이 미국의 도움을 받아서 했었다. 사실이 BLT 궤적은 답이 하나만 있는 게 아니다. 답이 무한히 많다. 그 중에서 하나를 선택을 하는데 확신이 없기에 나사와 회의로 몇 날 며칠 밤을 새웠다.  이거 밖에 답이 없고 우리가 할 수 있는 최적의 방안은 이것 뿐이고 더 이상 못하겠다고  울분을 토했다. 그 얘기를 계속 듣고 있던 나사가 마지막에 한 마디를 하였다.  I agree with your assessment---KARI has made great progress in the design of the low energy trajectory to the Moon. Congratulations! (우리는 KARI의 결과에 동의합니다. KARI는 달까지 가는 低에너지 궤적설계에 위대한 진전을 이뤘습니다. 축하합니다). 나사가 우리도 똑같이 고민하고 같은 결론에 도달했다라고 했다 그때 정말 너무 기뻤다.

⑥ 결국 해답을 찾아낸 연구진들, 그 뒤로도 수많은 위기를 극복하며 다누리 개발에 전념했다. 마침내 최종 점검을 마친 다누리, 전용 특수 컨테이너에 실려 발사장으로 향했다. 60시간의 운송 끝에 도착한 곳은 미국 케네디 우주센터, 미국 케네디 우주센터-케이프커니버럴 우주군 기지, 이제 미국 발사체에 실려 우주로 떠날 시간이다.  패어링을 체결하기 전에 지상에서 다누리를 볼 수 있는 마지막 순간이다. 패어링이 체결되면 볼 수도 없다. 패어링을 닫으려고 하는데 잠깐만 작업을 멈춰달라고 했다. 다누리 닫기 직전에 거기에 절을 했다. 카운트 다운이 시작되고 발사가 되고  지상에서 발사체가 떠나는 순간, 할 수 있는 게 없다. 거기서 할 수 있는 건 문을 박차고 나가서 하늘을 보는 것 밖에 없었다.  정말 기뻤다. 우리가 해냈다. 아직도 기억나는 것이 마지막으로 밤을 새우고 다누리가 달에 진입을 하고 우리가 원하고자 하는 궤도에 들어왔을 때 관련된 분들한테 메세지를 보냈다 다누리는 이제 진정한 달 궤도선이 되었다 라고 새벽 시간에 메세지를 보냈다. 다음 날 그 메시지가 기사화됐다. 조선일보: 다누리, 달 궤도 진입 1차 기동 성공---진정한 달 궤도선 됐다.  같이 일했던 나사에서도 상당히 놀랐다. 원래 새로운 개념의 위성체가 처음 발사하고 임무 궤도에 들어갈 때까지는 많은 어려움을 겪으면서 들어가는 게 통상적인데 나사에서도 그런 걸 많이 겪는데 어떻게 다누리는 그런 어려움 없이 바로 들어갔냐. 그런 걸 물을 때마다 우리는 이미 충분한 경험을 가지고 있다 라고 대답했다.  

⑦ 우주 탐사의 영역은 우주 개발 선진국만 도전할 수 있는 영역이다. 그래서 우리나라도 그 동안은 탐사영역까지 사업을 추진하지 않고 있다가 다누리를 시작으로 우주탐사 영역에 들어갔다.  달 궤도에 안착한 다누리는 일년간의 임무도 성공적으로 마쳤다. 그런데 최근 임무기한이 연장됐다.  2023년 12월 31일이 원래 다누리 임무 궤적에서의 1년 되는 날인데 2025년 12월 31일로 2년 연장됐다. 다누리 임무 연장의 가장 큰 계기는 연료가 많이 남았다. 연료만 남아서 되는 건 아니고 위성체도 잘 동작할 수 있어야 한다.  다누리 임무연장이 과학적 측면에서는 좋은 소식이다. 2024년 까지는 현재의 100 X 100고도를 그대로 간다. 같은 과학 데이터를 확장해서 넓은 영역의 더 나은 데이터를 얻고 그거에 대해서는 다들 동의했다.  그렇다면 다누리는 달에서 어떤 임무를 수행 중 일까. 다누리는 달로 떠나면서 6종의 과학탑재체를 실었다. 고해상도카메라 (LUTI), 광시야편광카메라 (Pol Cam), 영구음영지역카메라 (SCH), 자기장측정기(KMAG), 감마선 분광기 (KGRS), 우주인터넷탑재체 (DTN), 우리 기술로 독자 개발한 과학탑재체 5종과 미국이 개발한 쉐도우 캠 영구음영지역카메라다. 과학자들이 꼽은 달유인 착륙후보지는 태양빛이 직접 닿지 않은 달의 극지방, 영구음영지역(달의 공전과 자전주기 때문에 태양빛이 영원히 직접 닿지 않는 지역) 이다. 여러 탐사를 통해 얼음이 발견된 곳이다. 아무도 보지 못한 달의 극지방을 돌며 영구음영지역을 집중 촬영하는 쉐도우 캠은 기존 카메라 보다 200배 높은 강도로 인류생존에 필요한 물의 흔적을 확인하며 달 착륙 후보지를 찾기 위한 데이터를 확보하고 있다.

 달은 거의 수직으로 서서 자전하고 있다. 그렇기에 달의 극지역에 만약 유성이나 혜성이 부딪혀서 물이 여기 들어와서 파인 거라고 하면 여기 안은 태양빛을 영원히 보지 못하기에 이것을 영구음영지역이라고 한다. 이 지역에 물이 들어가면 빠져 나오지 못하기에 여기 안에서 물을 찾을 수 있을 거라고 기대하는데 이 지역은 햇빛이 안 돌기 때문에 볼 수가 없다. 그런데 쉐도우 캠은 깊은 노출을 줘서 그 안에 있는 지형을 직접 관측을 했다.  쉐도우 캠이 촬영한 영구음영지역, 바위가 굴러 떨어진 흔적이 보일 정도로 선명하다.

⑧ 쉐도우 캠과 함께 달 착륙 후보지를 찾고 있는 루티, 한국항공 우주연구원이 개발한 과학탑재체다. 달에서 100킬로미터 떨어진 상공에서도 달 표면을 정밀하게 찍을 수 있는 고해상도 카메라다.  달 표면의 물질 자체가 지구를 덮고 있는 물질하고는 다르다. 지구보다는 달 표면이 고르기에 균일한 물질로 되어 있어서 반사하는 특성도 지구랑 많이 다르고 그러한 반사특성이 다른 측면도 고려해야 되고 그 다음에 다누리의 생태적인 위치에  따라서 많이 달라진다. 그래서 루티(LUTI, 고해상도 카메라)를 개발할 때 가장 신경썼던 부분이 어두운 환경을 촬영하는 것과 밝은 영역을 촬영하는 것, 이게 다 가능하게끔 했다. 루티를 개발할 때 우리가 만든 루티를 통해서 국민들이 지구에서 달도 보고, 달에서 지구도 보고 우주도 보고 이런 걸 생각하면서 개발을 했었다. 그렇게 한 컷에 담긴 지구와 달 사진, 달에서 지구를 찍을 수 있었다. 달에서 바라본 지구가 동그랗게 떠 있는 그 사진을 보는 순간 정말 달에 갔구나. 달에서 지구를 바라보고 있으니 그때 22년 12월 24일 낮에 밖에 나와 있었으면 단체 사진 찍혔다고, 55억 아시아 인구가 다 찍힌 단체 사진이라고 그랬다.

⑨ 누구나 다 안다. 지구는 동그랗고 흑백으로 찍으면 어떻게 나온다는 걸 다 아는데 그때 그 순간을 잊지 못한다. 우리가 만든 카메라로 영상이 나와서 첫 영상을 봤다는 게 너무 가슴 뭉쿨했다.  루티의 사진이 이렇게 잘 나오는데 우리가 네 달 반 동안 가만히 있을 수 없다. 뭐가 있을까. 더 의미 있고 과학적으로도 의미가 있었으면 좋겠다고 내부적으로 얘기를 했을 때 달이 지구 주위를 공전하는 걸 한 번 찍어보자. 한 달 동안 그 똑 같은 사진으로 지구를 가운데다 놓고 찍자 한 달 동안 매일매일 같은 시간에 계속했고 나중에 영상을 만들어 보니까 진짜 지구가 공전하는 게 보였다. 마치 달 처럼 초승에서 보름, 그믐으로 변하는 지구, 드라이갈스키 분화구(2023.7.10 오전10시58분촬영)-달 남극 근처에 위치한 직경 약150킬로미터 대형 분화구, 루티는 달 곳곳에 신비스러운 지형을 선명하게, 슈뢰딩거분지(2023.3.24 오전7시14분촬영)-가장 자리가 불규칙한 벽으로 둘러싸인 넓은 평야, 포착해 보내왔다. 아문센분화구(2023.7.27 오전8시7분 촬영)-달 남극의 주요 충돌 분화구로 영구음영지역이 존재, 전 세계의 기대를 받고 있는 탑재체 폴캠, 한국천문연구원이 개발한 광시야편광카메라다.  광시야 편광카메라는 시야가 넓고 편광으로 관측을 하는 카메라다. 편광이란 노트북에 편광필터가 있는 경우 옆에서 조그만 비켜서도 못 본다. 빛과 달 표면, 관측자인 인공위성의 위상각이 중요한 데 편광 관측이 지상에서는 어렵고 달의 뒷면은 아예 보이지 않고 그렇기에 달 궤도선에서 다양한 각도의 모든 지역에 대해 편광에 대한 정보를 얻는 것은 궤도선에서 할 수 있는 유일한 방법이다.  100킬로미터 상공에서도 지표면 입자를 자세히 관측해 달표면 입자정보를 얻을 수 있다.

 편광 카메라를 이용해서 달 표면을 관측하면 달 표면의 입자크기와 지역마다 분포가 어떤지 알게 되고 그러면 달 표면이 오랜 시간 동안 어떤 변화를 겪었는지 연구할 수 있다. 흥미로운 것은 다누리가 달을 두 시간에 한 번씩 도는데 달도 공전과 자전을 같이 한다. 연속해서 달 표면 영상을 모자이크 할 수 있다. 그 영상을 이어 붙여서 전체 지도편광 정보가 포함된 달 전체 지도를 제작하고 있다.  달 뒷면을 편광 관측한 것도 달 전체지도를 그리는 것도 다누리가 세계 최초로 하고 있다. (광시야 편광 카메라로 촬영한 달 전체지도),

⑩ 그런데 다누리는 어떻게 수십 만 킬로미터 떨어진 지구와 통신을 하는 걸까. 심우주 지상국(경기도 여주시), (심우주안테나-반사경 직경 35미터, 높이 7미터 규모 다누리와의 교신을 위해 2022년 5월 완공), 그 비밀은 경기도 여주에 설치된 거대한 안테나에 있다. 우주에서 오는 전파를 모우는 반사파는 직경 35미터, 무게 100톤으로 국내 최대규모다. 다누리와의 통신을 위해 2022년 완공됐다. 우리 역사상 가장 먼 곳으로 떠나는 다누리가 길을 잃고 헤매지 않도록 통신하며 지상에서 다누리의 눈과 귀가 되었다.  KDSA(심우주지상안테나)에 대해 소개하면 국내 최대규모의 안테나다. 심우주 미션을 지원한다. 달 미선, 화성, 목성 미션까지도 지원이 가능하다. 2022년 1월부터 다누리 발사전 점검을 했다. 아주 먼 거리에서 오는 미약한 신호를 인식하고 추적할 수 있고 증폭도 할 수 있는 기능이 탑재돼 있다.  다누리의 미세한 신호도 포착해 실시간 추적하는 심우주 안테나, 지구와 달 사이보다 네 배나 먼 우주에 떨어져 있을 때도 교신이 가능했다. 나사에서 먼저 제안한 것은 목성 탐사선 주노(JUNO)도 심우주 안테나로 관측해 보자. 그 당시 주노가 7억 킬로미터가 떨어져 있었다. 주노의 추적은 궤도 데이터를 받아서 입력하고 7억 킬로미터 떨어져 있는 주노와 교신했다. 주노의 신호를 받아서 나사에 보냈을 때 나사도 아주 고무적이라고 평가했다.  다누리의 신호를 추적하는 것은 우리나라 뿐만이 아니다.

 우주 사업에서 국제 협력이 굉장히 중요하다. 다누리 운영을 위해 지구를 중심으로 120도 나누면 3개 지역이다. 미국, 호주 또는 한국, 스페인과 협력해서 너네 안테나를 쓰자, 다음엔 우리 안테나 쓰게 해줄게 이렇게 협력하는 거다.  지구에서 인터넷을 사용하듯 자료로 업무도 할 수 있다. 다누리에 실은 우주인터넷 탑재체를 통해 심우주인터넷 기술을 선보인 거다. 우주인터넷 탑재체(DTNPL-Disruption Tolerant Network Payload), 달에서 지구까지 데이터를 전송하는 데 걸리는 시간은 단 2초, 문자는 물론 스트리밍 영상도 전송할 수 있다. 최초로 전송한 영상은 BTS의 뮤직 비디오, 지구촌 전역에 BTS의 노래가 울려퍼지는 순간이었다. 창어 5호-중국의 무인 달 탐사선(2020.11.24), 우주신흥강자 중국, 2020년 무인 탐사선 창어 5호를 발사해 달 토양을 채취하며 달 탐사에 열을 올리고 있다. 슬림[SLIM]-일본의 무인 달 탐사선 (2024.1.20) 이웃 나라 일본도 24년 1월 달탐사선 슬림을 보내 달 토양채집에 나섰다.

⑪ 이들이 달 토양에 관심을 갖는 이유는 뭘까.  선진국인 일본, 중국, 러시아 전부 달에 가거나 갔다 온 경험이 있는 나라들인데 달 암석이나 토양을 채취해서 지구에 가지고 와서 분석해 보니 지구에는 없는 새로운 물질이 달 표면 토양에 많이 있었다. 달에 희귀 광물이 있는 거다. 가지고 오면 달 탐사의 플러스가 되는 거다.  (주오대학-도쿄도 하치오지시), 2007년 무인 달 탐사선 발사에 성공한 우주 선진국 일본, 달 자원을 탐사하기 위해 달 탐사 로봇을 연구 중인 나카무라 교수를 만났다.  이것이 달 탐사에 이용할 것이다. 아직 시제품이기 때문에 완성품은 아니지만 이렇게 안에 공간이 있고 이 안에 드릴이 들어가게 된다. 이렇게 땅을 파게 된다. 이 부분이 꿈틀 꿈틀 지렁이처럼 움직이며 땅을 파게 된다.  수축과 팽창을 반복하며 움직이는 지렁이의 연동 움직임을 모방해 만든 달 탐사 로봇, 달 탐사의 경우 공기압을 사용할 수 없기에 모터를 이용한다. 달에 착륙 후 달의 표면을 탐사하기 위해 지렁이 로버를 이용하는 연구를 하고 있다.

 지렁이 로봇은 일본 우주청과 함께 개발 중이다. 좁은 공간에서 효율적으로 움직이며 채굴이 가능해 달 지원 탐사에 활용할 계획이다.  이러한 굴착기술이나 지렁이의 연동운동을 활용하면 우주탐사의 새로운 기술혁신을 할 수 있을 것이다. 달에는 많은 자원이 매장되어 있고 이런 자원을 지렁이 로봇을 이용하여 희토류를 채굴한다면 먹고 뱉어내는 달 연구에 활용하거나 다양한 개발이 세계 최초로 가능해 진다. 

⑫ (한국지질 자원연구원-대전광역시 유성구), 우리나라도 행성자원개발에 나서고 있다. 한국지질자원 연구원은 2023년 우주자원개발센터를 설립해 운영 중이다.  다누리에 실린 감마선 분광기의 기술인증 모델이다. 똑 같이 생겼다. 감마선 분광기가 달에 갔으니까 기술력 9까지 입증된 거다.  독자개발 해 다누리에 실은 감마선 분광기, 태양풍이 달 표면에 충돌할 때 방출되는 감마선 스펙트럼으로 원소를 분석한다.  아래 쪽 암석에서 감마선 스펙트럼이 GRS와 GNS에서 각각 수집하고 있다. 암석에 어떤 성분이 있는지 감마선 스펙트럼 안에 들어 있어서 이 스텍트럼 정보를 가지고 분석하고 달에서 하면 달의 각 지역마다 어디에 어떤 성분이 많은지 알 수 있다.  다누리가 10초 마다 전송하는 감마선 데이터로 세계에서 가장 정확한 달의 물지도와 달의 자원분포 지도를 만들고 있다. 이미 달 원소지도는 성과를 보이며 제작되고 있다. 특히 전 세계가 논독을 들이는 달 자원은 헬륨-3(Helium-3), 지구에 거의 없어 이름이 생소하지만 그 가치는 어마어마하다. 무려 금 6배의 가치를 지녔다. 달에 매장된 헬륨-3로 핵융합 발전을 하면 엄청난 에너지를 만들 수 있다. 그 과정에서 방사능이나 폐기물 등이 나오지 않아 청정 에너지로 더욱 각광 받고 있다.

 헬륨-3는 핵융합의 기본 물질로 그걸 달에서 갖고 오면 지구에서 굉장히 좋은 효과가 있는 거다. 달에 연구 기지를 만들어 놓고 달에 거주를 한다면 헬륨-3를 채취해서 갖고 오는 게 보다 쉬워질 거고 아니면 헬륨-3를 이용해서 핵융합 발전을 달에서 하는 거다.  달에 헬륨-3를 쓸 수 있다면 지구는 에너지 걱정 없이 살 수 있고 달 거주도 한결 수월해 진다. 우리가 달 착륙선을 내린다고 하면 헬륨-3가 많은 데를 간다고 하면 우리는 어디를 가야 되느냐를 알기 위해서 연구했다. 조사를 해보니까 헬륨-3가 달 표면에 110만 t이 있고 바다 지역은 60만 t 정도, 그 다음에 고원 지역에도 50만t 매장되어 있다고 보고 있는데 헬륨-3가 많은 것으로 추정하는 지역을 우리가 지도로 만들었다.  헬륨-3가 풍부한 곳으로 추정되는 지역 5곳을 찾아내 지도로 만든 김경자 박사, 채굴후보 지역과 함께 유력한 달 착륙 후보지를 찾아냈다.  앞으로 우주 산업에 기여할 수 있는 건 달 자원연구, 우리가 생존에 필요한 물, 산소, 수소 같은 걸 추출하고 우리가 염원하는 헬륨-3를 어떻게 추출할 수 있을지 10~20년 걸릴지도 모르지만 그러한 연구를 하고 있는데 특히 우주 자원에 있어서는 부국이 될 수 있는 쪽으로 기여하고 있다.

⑬ (한국건설기술연구원 경기도 고양시), 우주 선진국 보다 한 발 늦었지만 달 탐사에 속도를 내고 있는 대한민국, 국내 기술력으로 우주환경기술을 검증할 수 있는 거대한 진공 챔버도 개발해 냈다.  우주 미션의 지향점이라고 할까.  그런 것들이 원래는 궤도 미션이라고 해서 달의 궤도라든지 지구의 궤도 이런 쪽에서 미션이 수행되어 왔는데 요즘은 지속 가능한 우주미션 수행이라고 해서 달 환경, 달 표면 위에서 미션을 수행하는 쪽으로 우주개발의 패러다임이 옮겨가고 있다. 그렇게 하려면 단순히 우주 환경뿐만이 아니라 달 표면의 특징들을 구현할 수 있는 인공 챔버를 만드는 것이 중요하다.  대기가 있는 지구와 달리 태양풍과 우주 방사선에 그대로 노출된 달 표면, 곧고 날카로운 흙과 먼지로 뒤덮혀 있어 달에서 임무를 수행하는 탐사장비에는 치명적이다. (지반열진공 챔버-가로, 세로, 높이 4미터 규모의 세계 유일의 달 지상 환경실증 시설), 극한의 달 환경을 진공챔버에서 재현해 실험을 할 수 있다.  달에는 대기가 없기 때문에 낮이랑 밤에 온도변화가 극심하다. 그래서 낮에 달의 표면은 온도가 약 150도 까지 올라가고 밤에는 영하 190도 까지 내려간다. 그래서 그러한 달의 극한의 온도 환경을 구현하기 위해서 지반열진공 챔버 위쪽에 보면 할로갠 램프가 있다. 할로갠 램프는 최대 300도 가량까지 열을 줄 수가 있고 안쪽에 액체질소가 차게 되면 표면 온도가 영하 190도 정도까지 떨어진다.  지상에서 이루어지는 달 환경 실험, 달 탐사장비들이 겪게 될 실패와 오류를 사전에 줄여 줄 것으로 기대하고 있다.

 달에 보내는 거는 굉장히 비용이 많이 드니까 검증단계를 거치지 않고는 탑재체를 달에 보낼 수가 없다. 그런데 만약 이러한 달 환경을 모사한 곳에 흙까지 포함되어 있는 환경을 모사한 검증시설이 있다면 우리 기술을 유사한 환경에서 검증함으로써 사전에 발생할 문제점들을 보완할 수 있고 기술의 개발단계를 조금 높일 수 있어서 향후 달에 실제로 가는 미션의 성공 가능성을 높일 수 있다.

⑭ 달 환경을 구현하기 위해 인공 월면토도 직접 만들고 있다. 재료는 강원도 철원의 현무암, 처음 이 돌을 깨려고 했더니 너무 단단하였다. 그래서 처음에 망치로 깨보고 기계로 깨보기도 했었다. 아무리 해도 돌을 깰 방안이 안 나온다. 그런데 어머니랑 같이 추석날 송편 만들러 방앗간을 갔었다. 방앗간 가서 방앗간 장비들을 다 보면서 그 장비에서 아이디어를 착안해서 만들게 되었다.  달 토양과 가장 비슷한 흙을 찾아 전국을 누빈 끝에 찾아낸 돌이 현무암이다. 방앗간에서 볼 법한 분쇄기에 넣고 고운 입자가 될 때까지 반복해서 빻고 또 빻기를 수차례 달 건축 재료로도 쓰이는 인공 월면토가 탄생했다.

 우주에 가서 건설을 하게 되면 건설 초기에 시멘트나 물이 필요하다. 시멘트를 가지고 가려면 비용이 어마 어마하게 든다. 달에 있는 흙을 사용하자. 그 흙을 건설재료로 사용한다.  달의 흙으로 달 기지를 짓겠다는 발상, 하지만 진공상태인 달에서 물 없이는 벽돌 제작이 불가능하다. 수많은 실패와 고민 끝에 찾은 방법이 전자 레인지에 쓰이는 마이크로파, 분말상태의 인공 월면토를 틀에 넣고 단열재를 덮은 뒤 1100도씨의 고온에서 열처리를 한다.  전자 레인지에서 피자나 음식 데울 때 한쪽은 뜨거운데 한쪽은 차가운 경험 있다. 그것이 마이크로파 에너지가 위치에 따라서 다르기 때문이다. 그런 영향들이 보여서 한쪽은 고령화가 잘 됐는데 한쪽은 너무 용융이 돼서 불균질한 블록이 만들어지기도 했다. 그래서  승온 속도, 가열속도를 조절하고 유지시간을 조절하는 시행착오를 거쳐서 최적의 소결 조건들을 찾았다.  도자기 굽듯 고열을 가한지 6시간 후 벽돌을 만드는데 성공했다. 다른 재료 없이 오직 인공월면토로 만든 벽돌, 내구성도 콘크리트와 유사한 수준이다.  지금은 10센치미터 크기의 벽돌을 만들고 있지만 올해 목표는 20센치 정도의 벽돌을 만드는게 목표다. 크기를 키우는게 단순하고 간단하다고 생각할 수 있겠지만 시행착오를 많이 겪었다, 불균질하지 않고 균질한 형태를 갖는 벽돌을 만들고자 하는 연구를 수행하고 있다.  여기서 한 발 나아가 독자적인 우주건설 기술을 위한 단계도 하나씩 준비 중이다.  자체 생산이 가능한 건설 재료 생산 기술을 확보하고 있다. 지형도를 제작할 수 있는 기술까지 개발하고 있다. 건설을 위한 초기 단계인 계획을 할 수 있는 기초 기술은 이미 다 연구원에서 확보하고 있다. 이제는 더 나아가 이러한 기술을 활용할 수 있는 우주건설 기술을 위한 응용기술의 새로운 사업을 추진하고 있다.

⑮ 우주 강국들은 이미 진행 중인 달 기지 건설, 우리도 달 현지에서 확보할 수 있는 자원을 통해 건축재료도 만들고 우리 만의 기술로 달 기지를 건설한다면 얼마나 멋질까. 달에 완성할 우리 만의 달기지, 어쩌면 꿈만은 아닐지도 모른다. 우주기술의 시험장이자 무한한 가치를 지닌 달, 민간기업들도 우주산업에 뛰어들고 있다. 서울의 한 사무실, 자율주행 로버가 자유롭게 사무실을 누비고 있다. 젊은 공학도들이 뭉쳐서 설립한 우주 스타트업이다.  슬램이라고 해서 내부 환경을 라이더 센서로 미리 집안 구조를 파악하는 그것과 같다. 이런 식으로 사무실 안의 지도가 그려지게 됐고 이 지도를 활용해서 원하는 곳으로 로봇을 보내게 되면 로봇이 앞에 있는 장애물이나 주변에 고정된 벽돌을 피해서 자율적으로 주행할 수 있는 로버 자율주행 시스템이다.  민간기업으로는 유일하게 무인 탐사로버를 개발 중이다. 특히 달탐사 로버에 주력하고 있다.  지구상에 굴러다니는 로봇이 세상에 많이 있는데 그게 우주에 그냥 가면 안 되냐고 그렇게 생각을 했었다. 그런데 우주라는 특수한 환경 때문에 그 요구 조건에 맞춰서 로봇들을 설계를 다시 해야 되고 진공환경에서 로봇이 어떻게 주행을 할 것인지 어떻게 구성이 될 것인지 그런 우주 환경 조건들을 하나씩 연구해 나가다 보면 우리가 우주에 가서 우리나라의 국기를 꽂고 우리가 만든 걸 전 세계에서도 사용하지 않을까 하는 생각에서 프로젝트를 계속 진행하고 있다.  로버 개발을 본격화한 지는 5년째, 다양한 아이디어로 로버를 개발 중이다.  무인 탐사이기 때문에 우주로 가서 사람이 조립하는 게 아니다. 그렇다 보니 위 아래로 남는 공간이 발생하게 된다. 로버를 위나 아래로 접게 되면 그만큼 공간 활용성이 더 높아지게 된다.  탑재체 무게에 공간 활용성까지 고려한 아이디어다. 로버 시험을 위해 인공월면토가 깔린 6미터 크기의 로버주행 시험장까지를 설치해 놨다.

㉮ 이런 식으로 지구의 모래와 달의 모래는 굉장히 다른 특성을 가지고 있다. 가장 큰 차이점은 달 표면 모래의 입자는 곱다. 그러면 태양광 패널에 먼지가 쌓일 뿐아니라 기계 장치 내부에도 들어간다. 예를 들어 탑재체의 기어나 모터 안에 모래가 들어가면 마찰이 심해져서 모터의 수명이 빨리 다하는 환경이 만들어질 수 있기에 그 환경을 예측하고 분석하기 위해 레골리스 (월면토) 안에서 연구하고 있다.  입자가 곱고 부드러운 월면토에서 로버가 얼마나 안정적으로 운동할 수 있는지가 관건, 카메라 센서를 장착해 지형 데이터를 실시간 전송하고 바퀴 형태의 바퀴를 고안해 냈다. 그러자 로버의 접지력과 주행 안전성이 한결 개선 됐다.  우리는 스스로 과학 임무를 설계하고 탑재체를 독자 개발해 우주 탐사의 첫 장을 우리 손으로 펼쳐 냈다. 여기서 끝이 아니다. 달 착륙선을 발사해 달에 직접 내딛고 화성 착륙도 목표로 하고 있다.  2032년 말 착륙선도 이미 개발은 시작했다. 달 착륙을 해서 우리가 뭘 할 것인가에 대한 임무 연구를 이제 시작했다. 그리고 2045년 화성 착륙도 기술적으로 그렇게 쉽지는 않을 거다. 굉장히 노력을 많이 해야 되고 예산 투입도 많이 되어야 할 텐데 지금부터 준비를 하지 않으면 그런 것들은 저절로 이루이지는 것들이 아니기 때문에 차근차근 준비를 해나가고 있다. 우리나라 영토가 지구를 넘어 달과 화성으로 확장될 순간이 다가오고 있다. 달을 밟지 않고서는 미래로 나갈 수 없다. 한참이나 뒤쳐진 출발, 가야 할 길도 멀기만 하다. 그래도 우리에게는 스스로 증명한 기술력과 자신감이 있다.

㉯ 더 먼 미래, 더 먼 우주를 갈 수 있는 확인도장은 받았다. 앞으로 더 가까이에 있는 화성을 갈 수도 있는 것이고 화성을 넘어서 다른 먼 우주로 여행을 떠날 수 있다.  다누리 발사를 준비하면서 많은 문제가 생겼고 그 문제들을 해결했던 경험들은 새로운 걸 했을 때 해낼 수 있다는 자신감이지 않을까.  사람이 갈 수 있는 영역을 확장하고 안 가본 곳을 가려고 노력하고 그 방안을 찾고 발견하는 일은 위대한 일이다. 인류가 달을 넘어 화성도 가고 우주로 가기에 우리나라도 우주로 갈 수 있는 모든 제반 기술을 갖추는 것, 그걸 어떻게 활용할지는 그 다음 단계이고, 지금 시점에서는 달로 가는 기술, 우주로 가는 기술 그걸 이용해 무언가 할 수 있는 기술들을 완벽하게 구축하는 것이 중요하다.  밤 하늘 넘어 멀게만 느껴지던 우주가 이제야 가깝게 다가온다. 고요의 바다, 달에서 확인한 무한한 가능성과 미래, 우리가 멈추지 않고 한 걸음 한 걸음 내딛는다면 더 많은 미래가 가능해진다. 이것이 우리가 달에 가는 가야만 하는 이유다. 끝.