반세기가 넘는 공백을 깨고 사람을 태운 우주선이 다시 달을 향한다. 나사(미 항공우주국)의 유인 달 탐사 임무 ‘아르테미스 2호’의 발사가 오는 4월 1일로 정해졌다. 1969년 7월 21일 미국의 닐 암스트롱이 인류 역사상 최초로 달에 발을 내디딘 이래 1972년 12월 마지막 유인 달 탐사였던 아폴로 17호 이후 54년 만이다.
나사는 아르테미스 2호 발사를 앞두고 본격적인 사전 절차를 진행 중이다. 이번 임무는 달에 착륙하지는 않지만, 우주비행사 4명을 태운 오리온 우주선이 달 뒷면까지 비행한 뒤 지구로 귀환하는 일정으로 진행된다. 달 착륙을 목표로 하는 후속 임무에 앞서 인간을 릴게임골드몽 태운 채 지구-달 왕복 시스템 전체를 검증하고 유인 심우주 탐사에서 인체가 받는 영향을 미리 확인하는 시험대라는 의미를 갖는다.
◇ 지구 두 바퀴 돌고 달로 향해= 발사는 미국 플로리다 케네디우주센터 39B 발사대에서 이뤄진다. 이륙 직후 약 2분간은 양옆의 고체 로켓 부스터가 작동하고, 1단 로켓 스페이스론치시스템(SLS)의 주 엔진도 야마토게임예시 동시에 작동한다. 부스터를 분리하고 발사 8분쯤 후엔 1단 전체가 분리된다. 이후 상단 추진체인 임시극저온추진체(ICPS)가 점화되며 오리온 우주선을 지구 궤도에 올려놓는다.
지구 궤도에 진입하면 본격적인 유인 시험이 시작된다. 승무원들은 지구를 두 차례 선회하는 궤도 상에서 생명유지장치, 전력 시스템, 통신, 항법, 자세제어 등 핵심 기 야마토연타 능이 정상적으로 작동하는지 확인한다. 이 과정에서 우주비행사들은 ICPS와 분리된 뒤 수동으로 조종하는 근접 비행 시험도 수행한다. 이후 ICPS는 지구로 재진입하고 오리온 모듈이 점화되면서 달로 향하는 ‘달 전이 궤도(TLI)’에 진입한다. 오리온과 분리된 ICPS는 탑재한 초소형 큐브위성들을 우주 공간에 배출한다.
달까지 비행하는 데는 릴게임가입머니 약 4일이 소요된다. 비행 5일째 승무원들이 잠들기 전에는 달의 중력이 지구의 중력보다 더 강하게 작용하는 영향권에 진입한다. 오리온은 달 궤도에 진입하지 않고 달 뒷면을 따라 고도 6500∼9600㎞ 상공을 스쳐 지나간다. 이는 아르테미스 1호 당시 무인 탐사선이 약 128㎞ 상공까지 접근했던 것보단 먼 거리다. 이 시점에서 승무원들은 농구공과 비슷한 골드몽릴게임 크기로 달을 마주 보게 된다. 오리온과 지구 사이에 달이 위치하면서 약 30∼50분 동안 지구와의 통신이 끊기는 구간도 발생한다.
이후 오리온은 별도의 대규모 추진 없이도 지구로 되돌아올 수 있는 ‘자유귀환 궤적’에 진입한다. 지구와 달의 중력을 이용해 별도의 대규모 추진 없이도 자연스럽게 지구로 되돌아오도록 설계된 항로다.
10일 차에는 지구 대기권 재진입이 이뤄진다. 오리온 승무원 모듈은 서비스 모듈과 분리된 뒤 시속 약 3만2000㎞에 달하는 속도로 대기권에 진입, 최대 2700도에 이르는 고온을 견딘다. 이후 낙하산을 펼쳐 감속한 뒤 태평양에 착수하면 미 해군이 이를 회수하는 것으로 임무가 마무리된다.
◇ 새턴 5호보다 작지만 강해져= 이번 임무에 쓰이는 SLS 로켓은 높이 약 98m로 과거 아폴로 계획에 쓰였던 새턴 5호(약 111m)보다 다소 작지만 성능은 더 진화했다는 평가를 받는다. 추력은 약 3990t에 달하는데 새턴 5호가 3400t이었던 점을 고려하면 약 15% 더 강력한 셈이다. 대형 고체 로켓 부스터 2기와 액체연료 기반 1단 엔진, 상단 추진체로 구성되며 한 번의 발사로 유인 우주선을 달 방향으로 보낼 수 있는 것이 특징이다. 전반적으로 과거 우주왕복선에 사용되던 기술을 기반으로 개량됐다. 1단 엔진은 액체수소와 액체산소를 사용하는 RS-25 엔진 4기로 구성됐다.
탑승체인 오리온 우주선은 록히드마틴이 제작했다. 총 길이 20.4m, 이륙중량 35.4t 크기로 이 중 승무원이 탑승하는 모듈만 놓고 보면 높이 3.35m, 내부 거주공간은 9.34㎥다. 최대 4명의 승무원을 태우고 최대 21일간 임무를 수행할 수 있도록 설계됐으며, 과거 아폴로 우주선보다 내부 공간이 30%가량 넓어 간단한 운동도 할 수 있다는 설명이다.
승무원 모듈 아래 붙는 서비스 모듈은 전력, 물, 산소 공급, 추진 등을 담당한다. 유럽우주국(ESA)이 제작했다. 아폴로는 수소 연료전지가 동력원이었으나 오리온은 태양전지를 동력원으로 사용한다. ESA에 따르면 태양전지판 성능은 11.2㎾ 수준으로 태양전지판 4개를 펼쳤을 때 약 19m까지 펼쳐진다. 또 서비스 모듈에도 2.7t 추력을 내는 엔진과 자세제어용 추력기들이 탑재됐다.
◇ 아폴로 8호처럼 왕복 성능 검증= 아르테미스 2호의 핵심 목적은 ‘달에 가는 것’ 자체가 아니라 ‘사람을 태운 채 안전하게 달을 왕복할 수 있는지’를 확인하는 데 있다. 이를 위해 생명유지장치, 심우주 통신, 항법 시스템, 방사선 대응 능력, 비상 절차 등 유인 탐사에 필요한 거의 모든 요소가 실제 환경에서 시험된다. 유인 심우주 탐사와 관련해 우주비행사들의 건강 상태를 종합적으로 검증하는 등 심우주 장기 거주 가능성을 보는 것이다.
특히 ‘아바타’(AVATAR)라는 칩 실험은 나사가 심우주 환경의 방사선과 미세중력이 인체에 미치는 영향을 보기 위해 고안한 프로젝트다. 아바타는 우주비행사가 제공한 혈액 샘플에서 세포를 정제해 만들어낸 칩이다. 골수 세포로 만들어진 USB 크기의 칩은 열흘간 오리온에 실려 승무원들과 여정을 함께한다. 변화를 기록해 향후 달 장기 체류나 화성 유인 탐사에 앞서 의료 데이터로 활용한다는 계획이다.
이외에도 승무원들은 비행 6개월 전부터 귀환 1개월 뒤까지 심혈관, 근육, 장내 미생물, 눈, 뇌 등 건강상태를 정기적으로 검사받는다. 저중력 환경에서의 멀미 여부도 확인한다. 오리온 내부에는 2종의 방사선 감지 기술과 방사선 모니터 4대가 부착돼 우주방사선을 측정할 수 있다. 승무원이 입을 우주복 주머니에도 방사선 감지기가 탑재된다.
구혁 기자