미국 우주비행사들이 반세기 만에 달을 다시 밟는 '아르테미스(Artemis) Ⅲ' 미션의 윤곽이 좀 더 구체적으로 드러났다. 미국 항공우주국(NASA)이 내년에 달 착륙 없이 달 궤도에 다녀오는 유인 비행(아르테미스Ⅱ)을 거쳐 이르면 2025년에 아르테미스Ⅲ를 통해 인류 최초의 여성과 유색인종 우주비행사를 달에 착륙시킬 것이라는 점은 잘 알려져 있었지만 어떤 과정을 거쳐 이를 이행할 것인지는 단편적으로만 공개돼 왔다.
하지만 최근 홈페이지를 통해 아르테미스Ⅲ 미션의 진행 과정을 달로 가는 길과 달 표면 탐사, 지구 귀환 등 3단계로 나눠 종합적으로 소개함으로써 전체적인 그림을 제시했다.
미국이 인류의 달 상주와 화성 유인 탐사를 목표로 추진 중인 아르테미스 프로그램의 주력 로켓과 유인 캡슐인 '우주발사시스템'(SLS)과 '오리온'은 지난해 11월 달 궤도까지 다녀오는 무인 비행 미션인 아르테미스Ⅰ을 성공적으로 마친 상태다. ◇ 38만㎞ 밖 달로 가는 여정
NASA는 아르테미스Ⅰ에서 성능을 입증한 SLS와 오리온을 이용하며, 역대 가장 다양한 인종으로 구성된 우주비행사 풀에서 총 4명을 선발하게 된다.
여기에는 인류 최초로 달을 밟게 되는 여성과 유색인종이 반드시 포함된다. 이들은 플로리다주 케네디우주센터의 39B 발사장에서 오리온 캡슐을 타고 지구 궤도에 오른 뒤 캡슐의 태양광 패널과 우주선 점검을 마치면 SLS 2단 로켓인 '중간극저온추진로켓'(ICPS)의 도움으로 달 전이궤도에 진입한다.
이후 여러 날에 걸쳐 달을 향해 비행하며 경로를 미세조정하고, 달의 공전 궤도면과 수직으로 된 길쭉한 타원형 궤도인 '직선에 가까운 헤일로 궤도'(NRHO)에 진입한다.
이 궤도는 지상 관제소와 거의 24시간 통신이 가능하고 지구와 달의 중력적 균형을 이용해 안정적인 비행을 하며 연료 소모를 최소화할 수 있는 장점을 갖고 있다. 이 궤도는 현재 '캡스톤'(CAPSTONE)이라는 큐브샛이 시험비행 중인데, 우주정거장 '게이트웨이'도 이 궤도를 돌게 된다.
아르테미스Ⅲ의 달 착륙선은 NASA와 계약을 맺은 우주기업 스페이스X가 개발 중이다.
스페이스X는 지구 궤도에 우주 연료 저장고를 띄워놓고 재사용이 가능한 연료탱크선으로 추진제를 운반하며, 지구에서 발사되는 착륙선 '스타십'은 연료 없이 발사된 뒤 연료 저장고에서 추진제를 공급받아 NRHO로 향하는 방식을 구상하고 있다.
스타십은 NRHO에서 오리온과 도킹, 여성과 유색인종 우주비행사를 태운 뒤 달 표면에 착륙하게 되며, 오리온은 나머지 두 명의 우주비행사를 태우고 6.5일에 걸쳐 NRHO를 한 바퀴를 돌게 된다.
스타십은 아르테미스Ⅲ 투입 전에 적어도 한 차례 이상 무인 시험비행을 할 예정이며, 이를 통해 NASA가 요구하는 조건과 안전기준을 충족해야 유인비행에 나설 수 있다.
◇ 반세기 만의 달 착륙…더 생생히 전달될 월면보행
스타십은 남극의 착륙 목표지로 선정된 지역 100ｍ 이내에 착륙하게 된다.
두 우주비행사는 착륙에 성공하면 우선 달 표면에 안전하게 머물 수 있는지 각종 시스템을 점검한 뒤 휴식을 취하며 탐사준비를 하게 된다.
이들은 착륙선 내에서 과학 임무를 진행하고 엘리베이터를 타고 기밀실을 거쳐 선체 밖으로 나와 월면보행을 하게 된다.
우주비행사가 입고 월면 보행(moonwalk)에 나설 첨단 우주복은 민간기업 '액시엄 스페이스'가 활동성 향상에 초점을 맞춰 개발 중이다.
우주비행사가 남극의 지질을 조사하고 시료를 채취하는 등 과학탐사 과정에서 보고, 듣고, 느끼는 것은 생생하게 중계되며, 첨단 통신기술을 통해 전송되는 고해상도 이미지와 비디오는 인류 모두가 공유하게 된다.
두 우주비행사를 통해 보게 될 달 남극의 풍경은 아폴로 미션 때 착륙했던 적도 지역과는 사뭇 다를 것으로 예측돼 있다.
태양이 수평선 바로 위에 떠 있어 표면에 길고 어두운 그림자를 형성함으로써 헤드램프와 항법장치를 활용해 탐사가 진행될 전망이다.
◇ 달 상주화 첫발 내딛고 돌아오는 지구 귀환길
약 6일에 걸친 달 표면 탐사가 끝나면 두 우주비행사는 스타십을 타고 NRHO로 복귀하며 이곳에서 다시 오리온과 도킹하게 된다.
우주비행사들은 이 궤도에서 닷새가량 머무르며 달에서 채취한 시료 등을 오리온으로 옮겨 싣고 지구 귀환을 준비하게 된다.
NRHO를 탈출하기에 적합한 위치에 도달할 때쯤 오리온은 스타십과 분리한 뒤 엔진을 점화해 지구로 향하게 된다.
오리온은 지구 대기권에 시속 4만㎞로 진입한 뒤 총 11개의 낙하산을 이용해 태평양에 입수하며, 주변에 대기하고 있던 미국 해군과 해안경비대가 이를 회수하며 미션을 마치게 된다. 이런 과정은 달에 인간이 상주할 수 있는 기지를 건설하고 이를 통해 심우주 탐사 기술을 개발, 화성 유인 탐사에 나서는데 밑거름이 될 것으로 기대되고 있다.