아폴로 계획 - 인류의 달 방문

[白山 김기수]

1970년이 되기 이전에 인간을 달로 보내겠다고 공언했던 미국의 대통령 존 F. 케네디(John Fitzgerald Kennedy)의 말은 당시 많은 사람들의 비웃음거리가 되었으나 결국 1969년 7월 20일 16:18(미국동부 표준시) 인류가 달에 착륙하게 되면서 인류의 오랜 꿈이 실현되었다.

1969년 아폴로 11호는 달 착륙에 성공했다. 사진은 우주인 암스트롱이 촬영한 우주인 올드린.

아폴로 계획 - 인간의 달 탐사 계획

그러나 이러한 아폴로 계획의 결과는 결코 쉽게 이루어진 것은 아니었다. 필요한 자료와 정보를 얻기 위해 머큐리, 제미니 계획이 사전에 수행되어야 했고, 인명의 희생도 있었다. 아폴로 1호는 발사 연습 중에 우주선 속에서 발생한 화재로 유능한 우주인 3명, 즉 버질 I. 그리섬(Virgil I. Grissom), 에드워드 H. 화이트(Edward H. White II), 로저 B. 채피(Roger B. Chaffee)를 잃었다. 참사를 감수한 이후, 1년 10개월 뒤인 1968년 10월 11일 아폴로 7호 발사에 성공하여 달에 대한 도전은 다시 재개되었고, 결국 아폴로 11호가 달을 정복했다.

아폴로 1호의 사고로 사망한 세 우주인. 좌로부터 화이트, 그리섬, 채피.
그리섬은 2회, 화이트는 1회 우주 경험을 가진 숙련된 우주인이었다.

아폴로 호는 새턴(Saturn) 로켓을 사용하여, 사령선, 기계선, 달착륙선으로 이루어진 3개의 우주선을 우주에 진입시키고, 달의 탐사를 수행하게 하는 방식으로 개발되었다. 이 세 우주선은 우주에 진입한 후에 달로 향하고, 달에는 달착륙선이 도착하여 임무를 수행한다. 이때, 사령선과 기계선은 서로 붙어서 달 주위를 돌며, 달착륙선이 임무를 다하고 달에서 이륙하게 되면, 도킹하여 다시 지구로 돌아오는 역할을 하는 것이다. 그리고 마지막으로 지구 대기에 도달하면 사령선만이 지구로 들어와 긴 여정을 끝마치게 된다. 아폴로 계획은 우주개발계획에 있어서 미국이 그 동안 소련에게 뒤쳐지던 이미지를 역전시키는 계기가 되었다. 아폴로 계획이 종료된 후, 아폴로 프로그램을 위한 총 자금은 약 19,408,134,000달러로 밝혀졌으며 이는 NASA 예산의 34%였다.

아폴로 우주선의 사령선과 기계선. 지구에는 앞 부분인 사령선만 분리되어 돌아온다.

아폴로 우주선의 달 착륙선. 착륙용 다리 부분은 달에 남겨진다.

아폴로 우주선

아폴로 7호
아폴로 계획에도 무인 우주선 발사가 있었으며, 유인 우주선 발사는 아폴로 7호부터 시작되었다. 아폴로 7호는 사령관 쉬라 주니어(Wally Schirra, Jr.), 승무원 에이젤(Donn Eisele)과 커닝험(Walt Cunningham)으로 구성되었다. 1968년 10월 11일 발사되었다. 아폴로 7호 시험비행의 목적은 다음과 같다.

"사령선/기계선(Command/Service Module, CSM)의 성능을 증명하고, 사람이 탄 사령선/기계선의 임무수행 동안 승무원, 우주선과 임무를 뒷받침하는 설비의 성능을 증명한다. 그리고 사령선/기계선의 랑데부 능력을 증명한다."

약 11일 동안 사령선은 수많은 시험을 통과했다. 거의 예외 없이 우주선 시스템들은 계획대로 움직였다. 사령선과 달 궤도 밖에서 발사되는 기계선 추진 시스템도 완벽하게 작동했다. 임무의 마지막인 163번째 궤도를 돌 때 승무원들은 수백만의 세계인들에게 우주의 모습을 텔레비전 방송으로 처음 보여주었다. 그 후 우주선은 노련하게 정상궤도를 이탈하고, 들어와서 착륙하는 순서로, 버뮤다(Bermuda)의 남동쪽 대서양에 착륙했다. 이 지점은 계획된 지점으로부터 2km 미만 벗어난 곳으로 아주 정밀하였다.

아폴호 7호는 사령선과 기계선을 시험하였다. 9일째 임무를 수행하는 우주인 쉬라 주니어의 모습.

아폴로 7호에 찍은 플로리다의 사진.

아폴로 8호
아폴로 8호는 사람을 태우고 달 궤도를 도는 임무를 가졌다. 우주비행사 프랭크 보먼(Frank Borman), 제임스 로벨 주니어(James A. Lovell, Jr.), 그리고 윌리엄 엔더스(William A. Anders)는 달의 측면을 보게 된 첫 번째 사람들이 되었다.

아폴로 8호의 임무는 운영의 경험을 쌓아 능숙한 정도에 도달하는 것과, 지구-달 사이 공간과 달 궤도에서의 통신, 추적, 생명유지 장치를 포함한 아폴로 명령체계의 시험, 달 궤도 임무에서 승무원의 행동 평가를 포함했다. 승무원은 달 표면의 가까운 쪽과 먼 쪽을 촬영하였는데, 이것은 후에 아폴로가 착륙하기 위한 과학적 정보가 되었다. 달 착륙선은 아폴로 8호에서는 사용되지 않았는데, 이는 달 착륙선이 제 때 준비되지 못했기 때문이다.

아폴로 8호. 최초로 달 궤도에 사람이 진입했다.

아폴로 8호가 달궤도에서 찍은 지구 사진.

아폴로 9호
아폴로 9호는 플로리다 주 케네디 우주 센터에서 미국동부 표준시로 1969년 3월 3일에 발사되었다. 아폴로 9호에서 달착륙선에 처음으로 사람이 탑승했으며, 착륙선이 계획에 맞게 제작되었는지 확인하였다. 지구 궤도에서의 10일 임무 중 70시간 동안 달착륙선은 사령선과 다리가 펴진 상태로 있다가 떨어지고, 다시 모여 도킹하였다. 착륙이 계획되었던 지점에서의 악천후로 인해 아폴로 9호는 지구로 귀환하기 전 추가로 궤도를 더 돌아야 했다. 맥디비트(James A. McDivitt), 스코트(David R. Scott), 슈바이카르드(Russell L. Schweickart) 세 명이 탑승하였다.

아폴로 9호. 지구궤도에서 달 착륙선을 시험했다.

달 착륙선과 도킹한 채 외부를 확인하는 아폴로 9호의 우주인 스코트.

아폴로 10호
아폴로 10호는 달 궤도를 도는 임무를 가진 두 번째 아폴로 우주선이었고, 사령선/기계선과 달착륙선으로 구성된 모든 아폴로 우주선 중에서는, 처음으로 달을 여행하였다. 주된 임무는 승무원이 달과 지구간 궤도와 달에서의 달착륙선 상태를 관찰함에 있어서 임무를 능숙하고 확실하게 하는 것이었다. 이 임무는 달에 착륙하는 것을 제외한 모든 계획을 수행하였는데, 바로 아폴로 11호의 '예행연습'이었던 셈이다. 3월 22일 토머스 스태포드(Thomas Stafford)와 유진 서넌(Eugene Cernan)은 달착륙선에 탑승하였고, 기계선에서 발사되는 분사제어로켓에 의해 달착륙선은 사령선과 분리되었다. 그동안 사령선은 영(John W. Young)이 조종했다. 달착륙선은 달의 표면 위를 낮은 고도로 통과할 수 있는 궤도로 쏘아졌으며, 달과 불과 약 9km 밖에 떨어지지 않은 곳까지 접근 하였다. 분리되는 동안 통신, 추진력, 고도 조정, 레이더를 포함한 달착륙선의 모든 시스템을 시험하였다. 달착륙선과 사령선의 랑데부와 재도킹은, 달을 31번을 돈 후에(분리된 8시간 후인 5월 23일) 실행되었다. 각 우주선의 모든 시스템은 근접거리에서 작동하게 되는 달착륙선에 탑재된 자동 중지 유도 시스템을 제외하고는 계획대로 작용되었다. 또한 달착륙선과 사령선으로부터 달 표면의 대규모 사진과 함께, 텔레비전용 이미지들을 수집하여 지구로 전송하였다. 아폴로 10호의 사령선 '찰리 브라운'은 영국 런던의 과학박물관에 전시되어있다.

아폴로 10호는 달 착륙을 위한 예행 연습을 수행했다.

아폴로 10호의 달 착륙선은 달에 9km까지 접근했다.

아폴로 11호
아폴로 11호의 발사 목적은 달 표면에 사람이 서는 것과 그들이 안전하게 지구로 귀환하는 것이었다. 승무원들은 대장 닐 암스트롱(Neil A. Armstrong), 사령선 조종사 마이클 콜린스(Michael Collins), 그리고 달착륙선 조종사 에드윈 올드린 주니어(Edwin E. Aldrin, Jr.)로 구성되었다. 아폴로 11호가 달 궤도에 진입한 것은 발사된 후 76시간이 되어서였다. 마지막 한 바퀴를 돈후, 대장 암스트롱과 달착륙선 조종사 올드린은 달 표면에 착륙하기 위한 준비를 하기 위해 달착륙선에 들어갔다. 사령선/기계선과 달착륙선, 이 두 우주선이 도킹을 해제한 것은 발사된 지 100시간이 지난 때였다. 달착륙선은 미 동부 서머타임(EDT)으로 오전 4:18에 '고요의 바다'에 착륙하였다. 달착륙선 카메라는 미 동부 서머타임으로 오전 10:56에 암스트롱이 달 표면에서 걷는 모습을 생방송으로 중계하였다. 암스트롱은 달착륙선에서 내릴 때 다음과 같이 말했다.

이것은 사람에게 있어서 작은 발걸음이지만, 인류에게 있어서 하나의 거대한 도약이다.
That's one small step for [a] man, one giant leap for mankind

아폴로 11호의 달 착륙 장면 동영상.

달착륙선 조종사인 올드린이 내려와 달에서 걷게 된 것은 미 동부 서머타임으로 오전 11:16이었다. 올드린은 움직임이 가능한지를 어림잡아 시험하고 난 후, 빠르게 움직일 수 있었다. 실험을 위해 달 표면의 물질을 채취하였다. 표면탐사는 2시간 30분 정도 지속 되었고, 그 후 승무원들은 달착륙선으로 돌아왔다.

달에서 이륙한 후, 달착륙선은 사령선과 도킹하였다. 승무원들은 사령선으로 옮겨 타고, 달 착륙선을 달 궤도에 남겨둔 후 지구로 향하는 궤도에 진입했다. 대기권에 진입한 후, 사령선은 이륙한지 195시간 18분 만에 태평양에 착륙하였다. 착륙지점은 선내에 탑재된 컴퓨터에 의해서 결정되었는데 위도 13.30°, 경도 169.15° 이었다. 이 아폴로 11호의 성공과 함께 사람이 달 표면에 도달하고, 안전하게 지구로 귀환하는 목표가 성취되었다.

아폴로 11호의 발사 장면.

아폴로 11호의 우주인 올드린의 발자국.

아폴로 12호
아폴로 12호는 달 표면의 바위 표본을 추출하는 미션을 가지고 달로 향했다. 이는 달에 대한 과학적 탐사의 첫 번째 기회였다. 사령선 조종사 리처드 고든 주니어(Richard Gordon, Jr.)가 달 궤도에 남아있을 때, 아폴로 12호의 달착륙선(lunar module, LM)은 '폭풍의 대양'(Oceanus Procellarum)에 있는 크레이터의 북서쪽 가장자리에 착륙했다. 착륙지점은 경도 23.4°, 위도 3.2°로, 대략 '지식의 바다'(Mare Cognitum)의 중심부로부터 정북 방향이다.

총 7시간 45분 동안 우주 비행사들은 달의 표면을 탐험했고, 달의 지질학적 측량을 위한 표토 채취와 함께 추가적으로 표면의 표본을 채취하였다. 사령관 피트 콘라드(Charles “Pete” Conrad, Jr.)와 달착륙선 조종사 앨런 빈(Alan Bean)은 얕은 홈의 바닥에서 물질을 획득하였고, 우주선에서 가져온 알루미늄 호일로 약간의 태양풍을 수집하였고, 달 표면의 사진과 승무원의 활동을 카메라를 이용하여 촬영하였다.

아폴로 12호의 달 착륙 장면.

토양 샘플을 채취하는 아폴로 12호의 우주인 앨런 빈.

아폴로 13호
아폴로 13호는 달의 프라 마우로(Fra Mauro) 지역에 착륙할 예정이었으나, 이 착륙의 미션은 아폴로 14호에게 넘겨줬다. 임무가 시작된 후 46시간 43분이 지나고, 우주선과의 교신 담당인 조 커윈(Joe Kerwin)은 “현재 우리가 볼 때는 우주선의 상태는 매우 좋다. 우리는 눈물이 흐를 정도로 지루하다(The spacecraft is in real good shape as far as we are concerned. We're bored to tears down here.)"라고 말했다. 그러나, 그로부터 9시간 12분 후, 아폴로 13호 기계선의 산소탱크가 폭발하였다. 사령선의 전기, 빛 그리고 물의 공급이 끊긴 것은 그들이 지구로부터 321,869km 떨어진 곳이었다.

아폴로 13호의 경로. 지구에서 달로 가던 도중에 사고가 발생했으나,
즉시 돌아오려면 강한 로켓 분사와 달 착륙선 분리가 필요하여, 그 경로를 포기하고
달의 중력을 이용해서 방향을 전환하는 경로를 택하여 지구로 귀환하였다.

제임스 로벨 주니어(James Lovell, Jr.)는 헐떡거리며 말했다. "이봐 휴스턴, 문제가 생겼다." 그는 밖을 바라보며 휴스턴에게 보고했다. "무엇인가 우주로 방출되고 있어." 그리고 교신담당자는 "접수했다."라고 대답했다. 이후 로벨이 가스에 문제가 생겼다고 말했고, 우주선의 산소탱크에서 산소가스가 빠르게 빠져나가고 있었다. 산소가 없으면, 우주선 연료전지가 작동을 못하며, 연료전지가 작동하지 않으면 새로 전기를 만들어 배터리를 충전할 수 없었다. 전기가 없으면 사령선은 무용지물이 된다. 계획은 즉시 변경되었다. 승무원은 사령선의 전원을 끄고 달착륙선으로 이동하였다. 돌아가기 위해서는 사령선의 배터리에 남아있는 전기로만 사령선을 동작시켜야 되는데 전기를 더 허비할 수 없기 때문이었다. 폭발에 의한 파편들 때문에, 항해 시스템은 손상을 입은 상태였다. 배터리에 남아있는 전기만으로 손상받은 기계선과 사령선이 지구에 착륙할 때까지 정상 동작을 시킬수 있는 절차를 휴스턴의 남아 있던 사람들이 사력을 다해 찾아냈다. 방법을 알아낸 후, 승무원들은 다시 추운 사령선으로 돌아왔고, 휴스턴이 알려준 절차를 정확히 따랐다. 달착륙선과 기계선을 방출시킨 후, 승무원들은 폭발 후 거의 4일 만에 대서양에 안전하게 착륙했다.

사고가 난 아폴로 13호 기계선의 모습. 사령선이 분리된 후 촬영했다.

무사히 귀환하는 아폴로 13호.

아폴로 14호
아폴로 13호의 착륙예정지는 프라 마우로(Fra Mauro)라고 하는 달의 커다란 크레이터 지역이었다. 아폴로 13호가 달 착륙에 실패하자, 아폴로 14호는 프라 마우로의 중요성을 이유로 이곳에 착륙하는 것으로 결정되었고, 최종 착륙지는 아폴로 13호에서 선택되었던 지역과 매우 가까웠다. 사령관 앨런 셰퍼드(Alan B. Shepard, Jr.)와 달착륙선 조종사 에드가 미첼(Edgar D. Mitchell)은 전체적으로 두 번에 걸쳐 9시간 21분 동안 월면보행을 실시하였다. 마지막 보행을 끝내기 직전에 앨런 셰퍼드는 달에서 골프를 친 첫 번째 사람이 되었다. 달에서 이륙한 후, 달착륙선은 스튜어트 A. 루사(Stuart A. Roosa)에 의해 조종되는 사령선과 도킹하였다. 앨런 셰퍼드는 미국의 첫 번째 우주인이었던 사람이다.

아폴로 14호는 컬러TV 카메라를 이용하여 다양한 영상을 전송했다. 앨런 셰퍼드가 골프를 치는 장면도 전송되었다.

아폴로 15호
아폴로 15호는 이전의 계획들과 비교했을 때 과학적 자료의 수집을 위해 더 많은 도구들을 사용하였으며, 더 넓은 범위와 긴 주기 동안의 달 탐사를 계획했다. 이 계획에는 달 표면을 최고 16㎞/h의 속도로 이동할 수 있는, '월면차'가 도입되었다. 성공적인 아폴로 15호의 임무는 달 표면 조사를 위한 자료 수집과 아펜니네 산맥(Apennine Mts)지역 부근의 표면 형태 조사와 암석채취, 측량, 그리고 비행 중 표면관측을 위한 기기 설치와 실험의 수행, 달 궤도를 돌면서 사진 찍는 일 등이다. 월면보행은 세 번에 걸쳐서 18시간 33분 동안 시행하였다.

아폴로 15호의 승무원은 사령관인 데이비드 R. 스코트(David R. Scott), 달착륙선 조종사인 제임스 어윈(James B. Irwin)이었다. 아폴로 15호는 처음으로 달착륙선이 이륙하는 모습이 텔레비전으로 방영되었고, 알프레드 워덴(Alfred M. Worden)이 우주공간에서 유영하는 장면이 녹화되었다. 달에서 얻은 여러 자료들은 이전의 계획들과 비교했을 때 두 배정도 늘어났다.

아폴로 15의 월면차.

아폴로 16호
아폴로 16호는 1972년 4월 16일 케네디 우주센터(Kennedy Space Center)에서 발사되었다. 승무원들은 사령관 존 W. 영(John W. Young), 사령선 조종사 토머스 K. 매팅리(Thomas K. Mattingly II), 달착륙선 조종사 찰스 M. 듀크 주니어(Charles M. Duke, Jr.)로 구성되었다. 착륙 후 세 번에 걸쳐 월면보행이 20시간 17분 동안 영과 듀크에 의해 이루어졌다. 승무원들은 달 표면에 71시간 동안 머물렀고, 달 표면에서 이륙한 후 달착륙선은 사령선과 랑데부하였다. 승무원들이 귀환궤도에 진입했을 때, 사령선 엔진결함의 발견으로 긴장감이 고조되었으나, 통제실과의 교신이 복구되었고, 엔진이 정상적으로 작동하여 승무원들은 무사히 지구로 귀환할 수 있었다.

아폴로 16호는 달에서 71시간 동안 먼 거리를 이동하며 달을 탐색했다.

아폴로 16호가 가져가 설치한 실험장비들.

아폴로 17호
달에 대한 인간의 첫 번째 활동적인 탐험이 아폴로 17호를 끝으로 막을 내리게 되었다. 아폴로 계획의 집중적인 활동이 이루어지는 동안 달에 대한 많은 과학적 질문들에 대한 답이 나왔으나, 더욱 많은 질문들이 남게 되었다. 답이 나오지 않은 몇몇 질문들은 분석되지 않은 많은 자료들로부터 조만간 해결될 것이고, 몇몇은 달 표면에 설치한 기구들로부터 나오는 자료들에 의해 해결될 것이다. 그것으로 해결이 되지 않는 질문들은 또 다른 탐험으로 이어질 것이다.

아폴로 17호의 기본 목적은 분지주위의 고지대 물질과 바다 물질들의 암석샘플 채취, 그리고 이 둘의 지질학적 진화관계를 조사하는데 있었다. 지질학자이기도 한, 사령관 유진 서넌(Eugene Cernan)과 달착륙선 조종사 해리슨 슈미트(Harrison Schmitt)는 22시간 2분 동안 월면탐사를 수행하였다. 달의 표면과 공간형태에 관한 수많은 연구는 아폴로 17호 승무원들의 궤도상 관측과 미터 단위로 촬영한 카메라 사진들을 기초로 하여 이루어졌다. 연구의 범위는 크레이터 각각의 구성 연구와 바다의 층위, 봉우리의 배열 연구, 태양 코로나의 연구에까지 이르렀다.

아폴로 17호가 찍은 지구의 사진. 블루마블(The Blue Marble)이라고 불리는 유명한 사진.

아폴로 17호의 우주인 유진 서난, 달에 선 마지막 인물이다.

아폴로 계획으로 달 착륙에 성공한 우주인

아폴로 계획에서 달 착륙에 성공한 것은 아폴로 11호, 12호, 14호, 15호, 16호 17호로 총 6회이다. 아폴로 11호가 처음이었고 13호는 달에 갈 예정이었으나 사고로 실패하였으며, 18호 이후의 계획은 취소되었다. 6회의 달 착륙 동안 각각 2명의 우주인이 달을 걸었고, 달에 두 번간 우주인은 없어 총 12명이 달에 착륙하였다. 또한 6회의 착륙에서 사령관을 맡은 우주인은 모두 이전에 우주 경험이 1회 이상 있었다. 아래는 달에 간 12명의 명단이다. 달 착륙 당시 가장 나이가 어린 사람은 만 36세의 챨스 듀크였으며, 가장 나이가 많은 사람은 만 47세의 앨런 셰퍼드였다. 이들은 모두 노인이 되었거나 사망하였다. 이후 누구도 달에 간 사람이 없다. 인류가 다시 달에 갈 날을 기대해본다.