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| <colbgcolor=#0047a0><colcolor=#fff> 승무원 | 최대 4명(예정) | ||||||||
| 발사 | 2027년(예정) | ||||||||
| 운반 로켓 |
팰컨 헤비 SLS 블록 1B |
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| 발사대 |
케네디 우주센터, 39 • LC-39A • LC-39B |
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| 임무 상태 | 개발 중 | ||||||||
| 가압 부피 | ≥125 m3 (4,400 cu ft)(예정) | ||||||||
| 근월점 | 3,000 km (1,900 mi) | ||||||||
| 원월점 | 70,000 km (43,000 mi) | ||||||||
| 궤도 경사 |
극지방의 직선형에 가까운 후광 궤도 NRHO[]Near-Rectilinear Halo Orbit ] |
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| 궤도 주기 | ≈7일 | ||||||||
| 구성 | |||||||||
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| 2022년 11월 16일 기준 구성 | |||||||||
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| 루나 게이트웨이의 상상도 |
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| We Go Together |
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| How We Are Going to the Moon |
1. 개요
루나 게이트웨이는 국제우주정거장 다음으로 계획된 우주정거장으로, 지구가 아닌 달에 띄운다는 게 특징이다. 지구가 아닌 천체에 건설되는 최초의 우주정거장으로서 달 탐사는 물론 유인화성우주선 건설 지원을 맡은 우주정거장이다.컨스텔레이션 계획의 후계인 유인 달 탐사 계획 아르테미스 계획의 일환으로 미국 주도 아래 유럽, 캐나다, 일본은 물론 스페이스X와 같은 민간 기업까지 약 12개국의 기관과 민간 기업들이 이 사업에 참여하고 있고 현재 21개국이 참여하겠다는 의사를 밝혔다.[2] 오리온 우주선과 드래곤 XL을 비롯한 다양한 우주선이 해당 우주정거장을 사용할 계획이다.
2. 구조
2017년 당시 루나 게이트웨이의 계획도. ESA(유럽 우주국)에서 제작한 동력·통신 모듈과 러시아 로스코스모스가 제작한 에어로크 모듈, NASA, JAXA 등이 개발한 일반구역 모듈 등으로 구성되어 있다. 다만 현재 러시아가 루나 게이트웨이에 모듈을 조달할 가능성은 매우 낮아졌다.
당시 계획만 놓고 보면 러시아가 완전히 날로 먹는다고 보일 수 있다. 그 이유는 ISS때와 달리 처음엔 독자적인 달 탐사 계획을 추진하다가 한계에 봉착해서 루나 게이트웨이 계획에 끼어들어왔기 때문이었다. 러시아는 우주정거장 운용과 관련된 다양한 기술력과 운용 노하우를 가지고 있는데, 이와 같은 무형적 자산을 보유한 러시아의 참여가 나쁠 건 없었기에 이런 형태로 추진되었던 것으로 보인다. 왜냐하면 러시아는 우주정거장 종주국이라고 봐도 무방할 정도로 이 분야에선 독보적인 기술력과 운용 노하우를 갖고 있다. 극단적인 사례만 보자면 러시아는 정전으로 물탱크가 터져 물 범벅이 된 우주정거장을 우주에서 수리해서 되살린 적도 있고, 우주정거장 내에서 발생한 화재를 진화하고 수리해서 부활시킨 경험, 모듈이 우주선과 충돌한 후 대처 방안 등이 있다. 이런 산 경험이 매뉴얼을 만들고, 운용 노하우가 되는 것이다. 실제로 미르에서 나타난 문제점들이 러시아의 요구와 조언으로 ISS 제작 당시엔 거의 대부분이 반영되었다. 특히, ISS의 운용 매뉴얼도 러시아가 주도적으로 작성했고, ISS를 굴리는 것도 러시아쪽 지분이 큰 상황이다. 그리고 우주정거장용 EVA 에어록 모듈도 러시아의 선두 분야이며, 사용이 매우 편리하다.
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메인 엔진은 이온 엔진을 탑재한다. # 이후, 엔진 시험에서 성공하였다. 영상
주거용으로 쓸 핵심 모듈 HALO(Habitation and Logistics Outpost) 개발에 노스롭 그루먼이 선정되었다. # HALO는 2023년 11월 달 궤도에서 PPE (Power and Propulsion Element)와 결합해 루나 게이트웨이의 핵심이 된다. 디자인 해당 모듈을 위한 위한 생명 유지 시스템은 일본의 JAXA가 맡는다. #
이후에는 지상의 케네디 우주센터에서 HALO와 PPE가 먼저 조립된 뒤 함께 발사하는 것으로 계획이 변경되었다.
2024년 1월 7일, 루나 게이트웨이의 에어로크 모듈을 아랍에미리트에서 개발할 것임이 발표되었다. #
3. 궤도
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| 유럽 우주국 시뮬레이션 |
기존의 우주정거장들과 달리 달 주위를 공전하기 때문에 Near-Rectilinear Halo Orbit (NRHO)라는 독특한 공전 궤도를 선택했다. 이 공전 궤도는 라그랑주 점을 지나는 타원 궤도로 달에서 3000km에서 7만km 사이 공전 궤도이다. 주기는 약 일주일. #
NASA의 평가 8페이지에 따르면
- 오리온 우주선으로도 접근이 가능
- 통신끊김 없음
- 방열판만으로 열관리가 가능[5][6]
- 궤도유지를 위해 연간 10m/s 이하의 궤도보정이 필요함[7][8]
- (착륙을 위해) 달 극궤도를 저고도로 진입하기 위해선 착륙선이 730m/s 만큼 궤도 변화를 할 수 있어야 하며, 약 0.5일이 소요됨
NRHO 궤도에 대한 추가적인 설명은 Scott Manley의 유튜브 영상 참조[9]
3.1. 캡스톤 위성
어찌되었든 이러한 궤도는 아직 어느 위성도 돈 적이 없는 검증되지 않은 궤도이다. 고로 새로운 항법 기술을 시험하고 궤도 예측 모델을 검증하여 공전 궤도의 불확실성을 줄이기 위해 캡스톤(CAPSTONE) 위성을 개발해 2022년 6월 28일, 로켓랩의 일렉트론 로켓에 탑재되어 발사되었다. 임무는 9개월 정도 보고 있다. 이 위성은 발사체에 실려 우주로 올라가면 3개월에 걸친 비행을 통해 달의 목표 궤도에 도달하고, 6개월에 걸쳐 궤도 시험비행을 하게 된다. # 이미 달궤도에서 돌고있는 달 정찰 인공위성의 지원하에 예상궤도에 진입할 계획이다.[10]2022년 7월 5일, 교신이 끊어지는 사건이 있었으나 하루만에 복구되었다. #
2022년 9월 8일, 궤적수정기동 직후 자세 제어에 실패하며 안전 모드에 들어갔다. 추진 시스템의 오류로 인해 회전이 발생한 것. 이에 자세 안정화 작업이 이루어졌으며 10월 7일 완료되었다.
2022년 11월 14일, 캡스톤이 달 궤도에 도착했다.
이후로는 6개월 간 정규 임무를 성공적으로 수행했으며, 약 1년간 예정된 추가 임무까지 진행하며 어느덧 항해 1년을 넘겼다. 추진제도 충분해 외부 요인이 없다면 앞으로 수 년간 정상 작동할 것으로 전망된다. #
4. 과정
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트럼프 행정부가 발표한 유인 달 탐사계획과 병행한 유인 화성 탐사계획의 일환으로 건설을 발표하였다. 호기롭게 발표한 것까진 좋았는데, 막상 개발에 들어가자 엄청난 예산의 압박을 받게 된 미국은 초기 계획과 달리 유럽과 일본 등 다른 나라들에게 공동 개발을 제안한다.
유럽( ESA)과 캐나다(CSA), 일본( JAXA)은 그 제안을 받아들였으나 러시아는 시큰둥했는데, 우크라이나와의 전쟁으로 미국과 사이가 틀어져서 ISS 프로그램도 위태로운 상황이였기 때문이다. 그리곤 소련 시절처럼 자체적인 달 우주정거장을 계획하고 2030년까지 달 착륙을 목표로 삼았는데, 계산기를 두들겨보니 이건 도저히 한 나라의 예산으론 감당하기 어려운 프로젝트임을 깨닫게 되었고 참여 쪽으로 방향을 바꿨다. 당장 미국조차 혼자서는 무리라고 판단해서 국제 협력으로 전환한 것이였다.
마침내 로스코스모스가 참여하면서 탄력을 받은 루나 게이트웨이 프로젝트는 2020년대 안으로 건설되어 2030년에는 달 유인탐사와 화성 유인탐사를 지원할 예정이다. #
미국은 원래 2024년까지 달 궤도에 '게이트웨이' 정류장을 먼저 올려놓고 2028년까지 유인 우주선을 달에 착륙시킬 계획이었지만 아르테미스 계획을 발표하면서 2024년 달 착륙을 공약하여 정거장 건설과 유인 달 착륙이 동시에 이루어질 전망이다. 아르테미스 3호 미션에서 SLS 로켓에 루나 게이트웨이의 거주 모듈이 실릴 예정이며, 그 이전부터 상용 로켓으로 전력 및 추진 설비, 그리고 달 착륙선과 같은 부분의 초기 건설을 진행할 예정이라 한다. 2021년부터 3억 3,300만 달러를 예산에 투입한다.
일본은 2020 우주기본계획에서 일본인 비행사가 참여할 기회를 확보한다는 방침을 명기했다. 그리고 일본인 우주비행사 1명 이상을 포함하기로 했다. #
2020년 11월 10일 간행된 NASA 감찰국 보고서에 따르면 결국 기존 계획에 비해 조급하게 진행되던 루나 게이트웨이 건설 계획이 위기에 놓인 것으로 알려졌다. # 당초 계획했던 것보다 빨리 게이트웨이를 건설하려는 탓에 초기 모듈인 PPE가 취소된 모듈의 역할까지 맡을 수 있도록 지속적인 설계 수정 요구가 가해졌고, 이 때문에 PPE 모듈의 완성이 지연되었다. 아르테미스 3호 미션을 루나 게이트웨이가 보조하는 현재 계획을 시한에 맞게 진행하려면 모듈의 발사가 최소 2024년 2월에 이루어져야 하는데, 현재 속도로는 잘해봐야 2024년 5월 발사가 최선이라고 한다. 즉, 아르테미스 3호 미션이 지연될 수밖에 없는 상황이다.
루나 게이트웨이의 건설이 앞당겨진 것은 결국 4년 빨라진 유인 달 착륙 미션을 보조하기 위해서였다. 변경된 일정에 어떻게든 맞추면서도 최대한 쓸만한 형태로 우주정거장을 건설하기 위해 NASA는 백방으로 노력했지만 상기하다시피 그 노력은 실패로 결론지어졌다.
2021년 1월 25일, NASA와의 협력에 있어 계속 잡음을 내던 로스코스모스가 결국 게이트웨이 프로젝트에서 탈퇴하기로 발표했다. # 탈퇴는 했어도 언제든 다시 대화할 준비가 되어 있다고는 했지만, 일단 게이트웨이는 러시아가 참여하지 않는 형태로 건설되고 있다.
2021년 5월, PPE와 HALO의 발사가 2024년 말에서 2025년 초 사이로 늦춰졌지만 이에 따른 아르테미스 3호 미션의 조정 사항은 여전히 발표된 바가 없다. #
2021년 11월, 아르테미스 계획 임무 일정이 전반적으로 연기되었다. 아르테미스 3호 미션은 2025년으로 연기되어, 루나 게이트웨이 건설 일정에 다시 부합하게 되었다. #
그러나 루나 게이트웨이 건설 일정은 재차 연기되어, 2024년 7월 발표된 미국 정부 보고서 기준으로는 첫 두 모듈의 발사가 2027년으로 기록되어 있다. # 이에 따라 아르테미스 3호는 더이상 루나 게이트웨이와 도킹하지 않고 달 착륙선과 직접 도킹하게 되었으며, 아르테미스 4호가 최초로 루나 게이트웨이를 이용하게 되었다.
4.1. 건설 일정
| 미션 | 발사 일정 | 발사체 | 기타 |
| 캡스톤 | 2022년 6월 28일 | 일렉트론 | [11] |
| PPE 모듈 | 2027년 | 팰컨 헤비 | [A] |
| HALO 모듈 | 2027년 | 팰컨 헤비 | [A] |
| I-HAB 모듈 | 2028년 9월 | SLS 블록 1B | [14] |
| ESPRIT 재급유 모듈 (ERM) | 2029년 9월 | SLS 블록 1B | [15] |
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굵은 글씨는 발사 완료한 임무 녹색 배경 은 운용 중인 임무
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4.2. 루나 게이트웨이 물류 서비스 (GLS)
Gateway Logistics Services. 루나 게이트웨이의 무인 보급 과정에 해당한다. 현재는 스페이스X의 팰컨 헤비 발사체로 날아갈 드래곤 XL 우주선이 유일한 계약 대상이다. 스페이스X는 NASA와 총 70억 달러 규모의 계약을 맺고 15년 간 물류 서비스를 제공하게 된다.5. 대한민국 참여 가능성
대한민국 정부도 LOP-G 사업에 참가한다는 계획을 세우고 NASA에 서한을 전달하였다. # 참여하게 될 경우 초소형 큐브위성을 발사해 달 극지의 물 분포와 광물자원 탐사에 나선다. 한국항공우주연구원 입장에선 외국에 비해서 상대적으로 적은 예산으로 할 수 있는 최대한의 선택으로 예상된다.만약 참가하게 된다면 선도적 우주개발국 중의 하나로서 소행성 원격탐사 카메라 등을 통해 미래 자원을 채취할 소행성 후보군도 고를 수 있는 권한도 가지며, 우주비행사 배출 기회도 얻는다. 2019년 한국의 참여가 무산될지도 모른다는 소식이 퍼졌을 당시 과학기술정보통신부는 아직 초기 논의 중인 사안이라며 우려를 일축했다. #
2020년 5월 초, '아르테미스 협정'의 대상국 면면이 나타나며 한국의 참여가 불발되었다는 추측이 제기되었다. # 루나 게이트웨이에 참여하고 있는 나라들은 과거 ISS 때부터 우주개발의 중요성을 인식하고 막대한 예산과 최고급 인재들을 투입해서 꾸준히 경험을 쌓아온 상태로, 국제우주정거장 계획에 참여했던 나라들 대부분이 루나 게이트웨이 건설에도 계속해서 참여하고 있는 반면 한국도 ISS 계획 당시 참여를 제안받았으나, IMF 사태를 이유로 거부했으며, 당시 지도층은 물론 여론조차 안 그래도 힘든데 뭐하러 우주 개발에 돈을 쏟아붓느냐는 의견이 지배적이었다. 우주 개발이란 것이 지금 당장은 가시적인 경제성을 기대하기 어려운 것인만큼 당시의 결정은 매우 근시안적이었다는 비판이 관련 학계를 중심으로 2020년대까지도 나온다.
그렇다고 한국이 우주 개발 분야를 마냥 손 놓고 있는 것은 아니다. 한국의 인공위성 설계 기술은 천리안 2B호의 본체를 독자 개발하는 등 상당히 수준급이며, 10여년 동안의 개발 끝에 누리호는 2차례 발사만에 완전히 궤도 진입에 성공하며 독자적으로 우주로 화물을 올릴 수 있는 전세계의 몇안되는 나라가 되었다. 우주 궤도까지 로켓을 발사하는 것에는 기술이 완벽히 성숙했다는 것을 증명했다. 또한 2022년 8월에는 한국형 달궤도선 '다누리'(KPLO)를 팰컨 9에 실어 발사해 운용하는 등 독자적인 달 탐사 프로그램도 꾸준히 진행하고 있다. 하지만 루나 게이트웨이 건설에 참가하는 다른 나라들과 비교하면 실제 유인탐사 경험은 전무한 수준이고, 결정적으로 우주개발 예산 투자가 세계적인 추세에 비해 심대한 열세이다. 2021년 한국은 우주 개발에 5억 5천만 달러의 예산을 투자했다. # 언뜻 들으면 많아 보이지만, 미국까지 갈 것도 없이 동시기 이웃나라 일본이 41억 4천만 달러를 투자해 전년 대비 23.1% 증가한 예산을 편성한 것에 비하면 일본 대비 1/2.5 정도인 경제규모를 고려해도 적은 수준이다. #
2021년 5월, 러시아가 중국과 독자적인 달 기지 계획에 손을 잡으며 아르테미스 계획이 삐걱거리는 와중[16] 한국이 아르테미스 계획에 공식적으로 참여하게 되었다. 따라서 루나 게이트웨이 프로젝트에도 같이 참여할 가능성이 높아졌다. #
6. 중국-러시아 합작 달 탐사 계획
2021년 3월 10일 중국 CNSA와 러시아 로스코스모스는 MOU를 체결하고 달 탐사용 우주 정거장을 공동개발하기로 합의했다. # "국제 달 연구 정거장 (International Lunar Research Station, ILRS)"이라고 불리는 이 정거장은 두 나라가 협력하여 건설하지만, 이후에 다른 나라에도 개방을 한다는 계획을 밝혔다.2025년 건설지가 결정되고 이후 2035년까지 공사가 진행된 뒤 2036년 운영에 들어간다고 계획 세운 상태였다가 2027년까지로 앞당겼다. #
목적이 거의 같은 루나 게이트웨이와 어떤 식의 관계를 맺게 될지는 알려지지 않았다. 루나 게이트웨이에 중국이 참여하고 싶어하는 것 같긴 한데, 오바마 시대에 만들어진 법률 #로 NASA는 중국과의 모든 협력을 할 수 없기 때문에, 루나 게이트웨이를 미국이 주도하는 이상 중국이 참여할 일은 없다.
후속보도에 의하면 중국-러시아 합작 계획은 우주 정거장이 아니고 달 표면에 건설할 기지라고 한다. 중국은 루나 게이트웨이를 러시아를 통해 우회하여 유상사용할 것을 밝혔고, 미국은 합당한 비용을 내면 사용 허가를 검토할 수 있다고 밝혔다.
[]
[2]
중국과 러시아는 독자적인 차기 우주정거장과 달 착륙계획을 세우고 있다.
[3]
태양동기궤도(Sun-synchronous orbit)와 유사하다.
[4]
후술할 나사 보고서에 따르면 최대 86% 커버리지를 제공한다.
[5]
달 저궤도에선 달표면에서 반사되는 태양빛이 많아 방열판만으론 열 해소가 불가능하다.
[6]
아폴로 계획의 우주선들은 비교적 단기간의 임무기간과 적은 전력소모로 반사판같은 수동적인 방열책으로도 충분했지만, 루나 게이트웨이는
국제우주정거장처럼 장기임무목적으로 설계되어 폐열처리를 위한 거대한 방열판이 필수적이다.
[7]
불안정한 L2
라그랑주점 헤일로궤도의 연장임으로
[8]
이게
이온 엔진을 탑재한 이유이다.
[9]
한글자막 없음
[10]
지구기준 해당 궤도가 수직이기 때문에 지상레이더의
도플러 효과만으론 추적이 힘들기 때문이다.
[11]
NRHO 궤도 검증 목적의 12U 사이즈 큐브샛
[A]
서로 조립된 상태로 동시 발사 예정
[A]
[14]
아르테미스 4호 페이로드로 수송 예정
[15]
아르테미스 5호 페이로드로 수송 예정
[16]
러시아와 중국 모두 오래전부터 우주 개발에 상당한 노력을 투자해온 나라들로, 특히 러시아의 경우
소련 시절의
업적들은
말할 것도 없고,
국제우주정거장 프로젝트의 일원이며
자국 독자
우주정거장을 여럿 운용한 경험도 가지고 있다. 중국 또한
독자 우주정거장 계획, 여러
달 탐사계획을 진행하고 있다. 그만큼 우주 개발의 선두주자들인 이들이 빠진다면 우주 개발에 더 어려움이 생길 수밖에 없다.