다누리 (우주선)

'''한국형 달 궤도선'''(韓國型 - 軌道船, ) 혹은 '''다누리'''(Danuri)는 2022년 8월 5일에 발사된 대한민국 최초의 달 탐사선이다. 미국의 케이프커내버럴 공군기지에서 스페이스X의 팰컨9 블록5에 실려 발사되었다. 본래 시험용으로 제작된 이 탐사선은 달의 물과 얼음을 탐지하는 데 쓰일 NASA의 특수 카메라를 비롯해 고해상도 카메라, 자원 탐사 장비, 적외선과 암석 측정 장치 등 6개의 탑재체가 실릴 예정이다. 발사된 뒤 1개월간의 비행을 거쳐서 달 궤도에 진입하여 100km의 고도에서 1년간 임무를 수행할 예정이다. '다누리'는 "달"과 "누리다"를 합성한 말로서, 2022년 시행된 달탐사선 명칭 공모전을 통해 KPLO의 명칭을 '다누리'로 확정했다.
12월 26일 다누리가 목표한 달 임무궤도인 100km에 안착하면서 세계에서 7번째로 달 탐사국이 되었다.
전세계에서 6번째 달 탐사국가는 인도다. 인도의 찬드라얀 1호는 달 궤도선이다. 찬드라얀 2호는 달 궤도선, 달 착륙선, 로버로 구성되어 있다. 대한민국도 이런 방식으로 1차로 달 궤도선만 발사하고, 2차로 달 착륙선을 발사할 계획이다. 2019년 2월, 서울에서 정상회담을 한 후에, 문재인 대통령은 인도의 발사체 기술이 필요하다고 말했으며, 나렌드라 모디 총리는 찬드라얀 프로젝트에 대한민국이 참여해 달라고 말했다.
2019년 9월, 계획을 변경했다. 당초 목표보다 19개월 지연된 2022년 7월로 연기되었다. 궤도선 무게는 550 kg에서 678 kg으로 늘어난다. 개발비는 당초 1978억 원보다 167억 원이 늘어난다. 달 궤도 비행 기간은 12개월에서 8개월로 줄어들었다. 원래 550 kg은 한국형 발사체로 발사하기 위한 최대 무게였다. 그러나 미국 스페이스X의 팰컨 9으로 발사하기로 했다. 팰컨 9으로 발사시에는 달 탐사선의 무게 제한이 없다. 팰컨9 블록5는 지구 저궤도에 22.8톤, 화성에 4.02톤을 발사할 수 있다.
다누리의 여정
계획을 변경해 달 궤도 전이(Ballistic Lunar Transfers, BLT) 방식으로 발사할 계획이다. 기존의 단계적 루프 트랜스퍼(Phasing Loop Transfer, PLT) 방식보다 연료를 25% 절감해서, 계획보다 커진 위성무게에도 불구하고, 달 상공에서 임무기간 1년을 유지할 수 있다. 대신 비행거리가 4배 늘어난다. BLT는 저에너지 전이 방식의 궤도이다. 1990년 일본 최초의 달 탐사선 제13호 과학위성 히텐이 저에너지 전이 방식의 궤도를 사용했다.
다누리는 2022년 8월 5일 미국 스페이스X 사의 발사체 팰컨 9에 실려 발사되었으며, 도착일은 같은 해 12월 16일이다. 이후 초기 시험을 거쳐 2023년 2월부터 임무를 시작한다. 탐사 비용은 당초 계획(1978억 원)에서 355억 원이 추가돼 총 2333억 원으로 늘었다.
지구에서 태양 방향으로 쏘아올린 다누리는 태양 중력에 이끌려 가속되다가, 지구, 태양 간 중력이 서로 상쇄돼 무중력이 되는 라그랑주 점 L1 지점에서 방향을 옆으로 튼다. 이후 지구와 달의 중력에 이끌려 지구 쪽으로 되돌아오다가, 지구를 공전 중인 달과 만난다.
2022년 12월 17일 오전 2시 45분 다누리가 달 임무 궤도 진입을 위한 1차 진입 기동을 했다. LOI(진입 기동, Lunar Orbit Insertation)란, 다누리를 달 임무 궤도에 안착시키기 위해 궤도선의 속도를 줄이는 기동을 말한다. 임무궤도는 달 고도 100km이다.
과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원은 12월 26일 “다누리가 목표한 달 임무궤도에 진입했다”고 발표했다.
다누리호의 임무 수명은 1년이다. 연료가 남아 있을 경우 일부 연장 운영이 가능할 수 있다. 다누리호의 운명은 정상운영 종료 6개월 전인 2023년 7월 결정된다.
다누리호는 2023년 1월 시운전을 하고 2월부터 달 궤도를 하루 12회 공전하며 1년 동안 임무를 수행한다. 총 중량 678 kg인 다누리호에는 고성능 카메라를 비롯한 각종 측정 장비들이 탑재돼 있다.
나사의 달 정찰 인공위성(LRO) 미션의 경우 2009년 발사 후 3년 임무를 계획했으나 이후 동결궤도에 진입해 2022년 현재까지 달 궤도를 돌고 있다.
미국 아르테미스 계획에 따라, 다누리는 달 착륙 후보지의 기초 자료를 수집할 예정이다.
다누리에 탑재된 섀도캠은 미국항공우주국(NASA)과의 달 탐사 협력의 상징이다. 나사가 개발해 다누리호에 장착하는 고성능 장비로 해상도 1.7 m 카메라를 이용해 달의 남북극 지역의 영구 음영지역을 촬영한다. 미국의 달 극지역 착륙 임무(아르테미스 미션)를 위한 착륙 후보지의 기초 자료를 확보하고, 동시에 물을 포함한 다양한 물질의 존재 여부를 탐색하게 된다. 나사는 다누리호를 24시간 추적할 수 있도록 70m급 안테나를 포함한 심우주통신망을 무상 제공한다.
2024년 5월, 아르테미스 2 미션으로, SLS 블록1 로켓의 오리온 (우주선)을 탄 4명의 우주비행사가 달에 착륙할 예정이다. 이 착륙 후보지 조사를 다누리가 수행한다.
6개의 탑재체 중 유일하게 미국 애리조나주립대 연구팀이 만든 섀도우캠은 달 극지 촬영에 나선다. 달에는 1년 내내 햇빛이 거의 들지 않는 영구음영지역(PSR, Permanent Shadow Region)이 있는데, 이 지역에는 얼음의 형태로 물이 존재할 가능성이 있다. 섀도우캠은 달의 마지막 미탐사 지역인 영구음영지역에 대한 탐사를 맡았다.
* 5m급의 고해상도 카메라: 한국형 달 탐사선이 착륙할 수 있는 후보지를 찍을 예정이다. 한국항공우주연구원에서 개발했다.
* 광시야 편광 카메라: 달 전체 표면의 영상을 찍을 수 있는 기기로, 극지방을 제외한 지역의 편광 이미지를 촬영할 계획이다. 그리고 이미지를 이용해 달 탐사선의 착륙 후보지를 정하고, 달 표면의 물질의 종류와 입자 크기를 조사할 예정이다. 한국천문연구원에서 개발했다.
* 달 자기장 측정기: 달 표면에서 100Km 상공까지의 자기력을 측정할 자력계이다. 경희대학교에서 개발했다.
* 감마선 분광기: 달 표면을 이루는 원소의 성분과 분포 양상을 알 수 있다. 한국지질자원연구원에서 개발했다.
* 우주 인터넷 시험 장비: 지연-내성 네트워크를 시험하는 장비로, 한국전자통신연구원에서 개발했다.
* 섀도우 캠: 물에 대한 증거를 찾기 위해 달 표면에서 영구적으로 그림자가 있는 지역의 반사율을 지도로 나타낼 것이다. 달 정찰 인공위성의 카메라에 기반을 두고 있지만 그보다 800배 더 민감하다. 애리조나 주립 대학교 등에서 개발한 달 탐사용 광학 카메라로, 미국 연구진이 개발한 탑재체를 싣기로 한 NASA와의 협약에 따라 탑재되었다.
2022년 7월 7일, 다누리는 특수 컨테이너에 실려 한국항공우주연구원을 떠나 항공기로 케이프커내버럴 공군기지에 도착했다. 연구진은 약 한 달 통신 상태와 추진체를 점검하며 발사를 준비했다. 스페이스X의 팰컨 9 발사체는 한국시각(KST) 8월 4일 오전 11시 15분에 하늘을 향해 기립했다. 2022년 8월 5일 오전 8시 8분, 케이프커내버럴 공군기지에서 팰컨 9 로켓을 통해 발사되었다. 발사 후 약 40분쯤 분리되었고, 5분 후 전이 궤적에 진입했다. 과학기술정보통신부에 따르면 다누리는 한국 시각 9시 40분경에 호주 캔버라의 안테나와 첫 교신에 성공했다.
* 대한민국의 달탐사 계획
* 한국형 달 탐사선
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