[사이언스타임즈] 인도 달 탐사

인도, 찬드라얀 2호 발사…궤도 진입

네번째 달 착륙 국가 도전…얼음 및 달 표층 연구

인도의 두 번째 달 탐사선 ‘찬드라얀 2호(Chandrayaan-2)’가 발사에 성공했다. 2008년 발사한 찬드라얀 1호는 달 궤도를 도는 데 그쳤지만, 찬드라얀 2호는 달 표면에 직접 착륙할 계획이다. 만약 착륙에 성공하면 인도는 구소련, 미국, 중국에 이어 세계 네 번째 달 착륙 국가가 된다.

찬드라얀 2호를 탑재한 GSLV Mk-III 발사체가 이륙하고 있다. © ISRO

22일 인도우주연구기구(ISRO)는 인도 현지시각으로 오후 2시 43분, 사티시 다완 우주센터에서 GSLV Mk-III 발사체로 찬드라얀 2호를 발사하는 데 성공했다고 밝혔다.

이어 15분 후 인도우주연구기구는 트위터를 통해 찬드라얀 2호가 지구 궤도에 성공적으로 진입했다고 전했다.

시반(K. Sivan) ISRO 소장은 발사 후 연설에서 “달을 향한 인도의 역사적인 여정의 시작이며, 남극 근처에 착륙하여 미개척지를 탐사하기 위한 과학 실험을 시행하는 것이다”라고 말했다.

애초 찬드라얀 2호는 지난 15일 발사될 예정이었다. 그러나 발사체 헬륨 탱크에서 압력 감소가 발견되어 발사 56분 전에 중단된 바 있다. 발사가 일주일 지연되면서 탐사 일정도 함께 연기되지 않겠냐는 관측이 있었지만, 9월 7일로 잡힌 달 착륙 예정일은 그대로 유지될 전망이다. 착륙선이 월면에서 태양광 발전으로 필요한 전력을 생산하려면 정해진 날짜에 착륙해야 하기 때문이다.

찬드라얀 2호의 예정 궤도 © ISRO

찬드라얀 2호는 앞으로 23일 동안 달 궤도 진입을 위한 일련의 궤도 기동을 실시할 예정이다. 아폴로 우주선처럼 한 번에 달까지 가는 것이 아니라, 지구를 여러 번 돌면서 점차 고도를 높여 목표 궤도에 진입하게 된다.

이렇게 복잡한 궤도를 택한 이유는 ‘중력 도움(Gravity assist)’으로 연료를 절약하기 위해서다. 앞서 찬드라얀 1호와 이스라엘 베레시트 탐사선도 같은 방식으로 달까지 향했다. 유인 우주선은 우주방사선과 물자 보급 문제로 최대한 빨리 가야 하므로 이런 항법을 사용하지 못한다.

ISRO 기술진은 발사가 지연된 만큼 달 착륙 예정일을 맞추기 위해서 탐사선이 달까지 향하는 궤도를 일부 수정하겠다고 설명했다. 그러나 연료 소모량이 예상보다 증가하면 탐사에 영향을 끼칠 우려가 있다.

찬드라얀 2호의 모습. 상단에 착륙선, 하단은 궤도선이다. © ISRO

찬드라얀 1호에 비해 기술적 자립도 높여

찬드라얀 2호는 궤도선과 착륙선, 탐사 로버로 구성된 복합 모듈 탐사선이다. 착륙선의 무게는 1471kg(연료 818kg 포함)으로 내부에 27kg의 달 탐사 로버를 내장하고 있다. 궤도선의 무게는 2379kg(연료 1697kg 포함)이며 탐사선의 총 발사 중량은 3850kg이다.

이번 탐사의 주요 목적은 달 표면에 연착륙하고, 월면에서 탐사 로버의 작동 기술을 입증하는 것이다. 과학적 목표로는 달 지형, 광물학, 구성 원소 탐사 및 얼음에 관한 연구를 진행할 예정이다. 궤도선에 탑재된 레이더는 달 표면의 3차원 지도를 작성하고, 남극 지역의 얼음 연구와 달 표층의 두께를 측정할 수 있다.

궤도선은 달 도착 후 일 년 동안 100km 원형 극궤도에서 달 표면을 탐사하고, 착륙선과 지구 간 통신을 중계한다. 찬드라얀 2호는 달 탐사를 위한 14개의 과학 장비를 탑재하고 있다. 이들 장비 중 8개는 궤도선에 장착했고, 착륙선은 4개, 탐사 로버에는 2개가 설치되었다.

앞서 달 탐사에 나섰던 찬드라얀 1호는 ISRO가 개발한 5개의 탐사 장치와 해외 기관들이 제공한 6개의 탐사 장치를 갖추고 있었다. 그중에서 NASA의 M3 광물학 맵퍼와 Mini-SAR 레이더는 달 극지방의 얼음과 월면 광물 분포도를 작성하는 데 큰 역할을 했다. 찬드라얀 2호는 인도가 자체 개발한 탐사 장비 위주로 탑재하여 우주 탐사 기술 자립도를 더욱 높였다.

착륙선 측면에 탑재된 프라기안 달 탐사 로버 © ISRO

최초로 달 남극 인근 착륙에 나서

ISRO 관계자는 착륙선의 명칭을 1971년에 사망한 ‘인도 우주 프로그램의 아버지’ 비크람 사라바이를 기리기 위해 ‘비크람(Vikram)’으로 명명했다고 밝혔다. 태양광으로 작동하는 비크람 착륙선은 달의 낮 동안인 14일간 작동한다. 착륙선에 탑재된 월면 탐사 로버의 이름은 ‘프라기안(Pragyan)’이다. 산스크리트어에서 ‘지혜’라는 뜻으로, 착륙선 주위를 500m 이동하며 탐사할 예정이다.

착륙 목표 지점은 남위 71도에 위치한 곳으로 ‘남극-아이트켄 분지(South Pole–Aitken basin)’의 테두리에서 약 350km 떨어져 있다. 지금까지 달 착륙에 성공한 탐사선들의 착륙지점보다 달 남극에 가까운 곳이다.

비크람 착륙선에는 월진 관측용 지진계, 월면 열 계측을 위한 탐침, 표면 밀도 변화를 측정하는 플라스마 센서와 카메라가 설치되었다. 또한, 지구와 달 사이의 거리를 측정하는 데 쓰이는 레이저 반사경(Laser Retro-reflector Array, LRA)이 탑재되었다. NASA가 실험용으로 제공한 LRA는 앞서 달 착륙에 실패한 베레시트 탐사선에도 장착되어 있었다.

프라기안 로버는 레이저 유도 분광기와 함께 암석의 원소 조성을 측정하기 위한 알파 입자 X선 분광계를 탑재했다. 지질학자들은 이를 통해서 유용한 지질학 정보를 얻을 것으로 기대하고 있다. 지난 1월, 달 뒷면에 착륙한 중국의 창어 4호는 X선 분광기를 탑재하지 않았다.

과학자들은 착륙 예정지가 수십억 년 전 커다란 소행성이나 혜성이 달에 부딪히면서 생성된 태양계에서 가장 오래된 충돌 지역 중 하나라고 여긴다. 남극-아이트켄 분지의 지질 조사를 통해서 태양계 생성 초기의 역사에 관한 단서를 밝혀낼지 주목된다.

GSLV Mk-III M1 발사체 © ISRO

찬드라얀 2호를 발사한 GSLV Mk-III는 인도의 차세대 대형 발사체로 2014년 시험 발사를 거쳐 이번이 세 번째 정식 발사다. 정지 궤도로 4톤의 페이로드를 운반할 수 있지만, 3.8톤 중량의 찬드라얀 2호를 달까지 한 번에 보내진 못한다. ISRO는 그런 부족함을 난이도 높은 항행법으로 극복했다. 앞서 1.4톤 중량의 찬드라얀 1호는 인도의 주력 중형 발사체 PSLV-XL을 사용해서 발사되었다.