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창어 3호가 직면하게 될 달착륙 5대 난관

16:54, December 13, 2013

[<인민일보> 12월 13일 09면] 12월 14일 저녁 창어 3호의 달표면 연착륙은 이번 창어 3호 임무의 최대 난점이자 임무 성패의 관건이기도 하다. 창어 3호는 근월점(달과 지구의 가장 가까운 지점) 15km 근접한 곳에서 포물선 하강을 할 것으로 예상되며 상대 속도는 1.7km/초로 제로(0)가 되기까지 전체 과정에는 대략 12분이 소요된다고 한다.

중국 달 탐사 공정 총설계사인 우웨이런(吳偉仁)은 “발사, 근월제동, 궤도 변경과 달표면 착륙에 비해 후자가 더 관건이다. 이는 우리에게는 완전히 새로운 시도이자 가장 중요한 시험이기도 하다”고 밝혔다. 창어 3호가 직면하게 될 달 착륙의 5대 난관은 다음과 같다.

1. 지정된 무지개만 구역에 착륙할지 여부

지정된 달의 무지개만(Sinus Iridum) 구역에 정확하게 착륙할 수 있을지의 여부는 창어 3호 탐측기가 연착륙 시에 가장 먼저 부딪치게 될 난제이다.

이전에 창어 1호와 창어 2호 위성은 달 궤도 순환 비행의 기술적 문제를 해결했다. 이번에 발사된 창어 3호 탐측기는 달 궤도 순환 비행을 성공한 후 지정된 지역에 착륙할 수 있을지가 문제이다.

이는 마치 차를 운전해 고속도로상에서 달릴 때 속도가 너무 느리면 시간을 지체하게 되고, 속도가 너무 빠르면 제때 브레이크를 밟을 수 없어 목적지를 지나치거나, 차체를 부딪치거나 해서 임무를 성공적으로 완수할 수 없는 것과 마찬가지 이치이다.

그래서 창어 3호의 ‘브레이크’ 시간의 적합성 여부와 원•근거리의 정확성 여부가 이번 발사 임무의 기술적 난점이자 관건이다.

2. 최종 착륙지점 선택의 어려움

창어 3호의 착륙지점으로는 비교적 평탄한 무지개만 구역을 선택했지만 달 지형의 불확실성으로 인해 최종 착륙 지점 선택에는 어려움이 있다.

우웨이런 총설계사는 “거시적으로 볼 때, 달 표면은 상대적으로 평평한 편이지만 50m×50m 혹은 10m×10m의 작은 범위에서 볼 때 달의 지형이 어떤 모습인지는 정확히 모르는 상태이며, 최종적으로 어느 곳에 착륙할지도 알지 못하는 상태이므로 이는 우리에게 매우 큰 시험입니다. 여러 가지 조치를 취한다 하더라도 달에는 월석과 웅덩이가 많아 돌에 부딪칠 수도 있고 도랑에 빠질 수도 있는 상황이 존재하기 때문에 리스크가 크다고 볼 수 있습니다”라고 말했다.

3. 공기 마찰을 활용해 감속할 수 없어

달에는 대기가 없으므로 달 표면 착륙은 지구 착륙 방식과 완전히 다른 방식인 진공상태에서 연착륙하는 방식을 택해야 한다.

“대기가 없다는 것은 공기 마찰을 이용해 감속할 수 없다는 것입니다. 창어 3호 탐측기가 달 표면에 안전하게 연착륙 하려면 기존의 로켓 엔진과 추진시스템으로는 이 임무를 완수할 수 없습니다. 왜냐하면 대기와 천체 표면이 없는 달에 연착륙 기동 비행에서 기존 엔진은 추진력의 변화를 달성할 수 없기 때문입니다”라고 쑨쩌저우(孫澤洲) 창어 3호 탐측기시스템 총설계사가 말했다.

이번 임무를 위해 새로 연구 제작된 7500 N 가변추력엔진은 가변추력 연속조절이 가능할 뿐만 아니라 창어 3호에 정확한 제어를 할 수 있어 이 어려움을 잘 해결했다. 하지만 첫 연구 제작되어 사용된 7500N가변추력엔진의 최종 성능은 연착륙 당일 테스트를 거친 후에야 확인 가능하다.

4. 인공 간섭이 거의 제로

착륙 과정에서 탐측기 운행 속도와 고도를 실시간으로 측정해 수시로 조정해야 하고, 달표면의 지형이 복잡하므로 안전한 착륙지점을 찾아야 한다. 쑨저우 설계사는 “이런 작업들은 모두 짧은 시간 내에 이루어져야 하고 탐측기가 자체적으로 완수해야 하므로 자체 네비게이션 제어가 난점이다”라고 쑨쩌저우 설계사는 말했다.

15km부터 시작되는 ‘동력하강’ 단계는 손에 땀을 쥐게 하는 순간이다. 창어 3호는 인공 간섭 가능성이 거의 제로인 상황에서 자체 네비게이션 제어에 의존해 고도를 낮추고 착륙지점을 확정한 후 연착륙을 시행하는 등 일련의 중요한 동작을 완수해야 한다.

“이 단계 내에서 관측과 제어는 따라갈 수가 없어 사전에 프로시저를 잘 설정하는 수밖에(는 다른 방법이) 없다”고 창어 3호 탐측기시스템의 부총지휘관인 탄메이(譚梅)가 말했다.

5. 달 먼지 부착으로 인한 탐측기 고장 우려

달의 토양은 일정한 두께를 가지고 있고 착륙기 착륙과 달탐사차 주행 등 인공적 요인들로 인해 먼지가 날리게 될 경우에 달 먼지가 만약 탐측기 표면에 부착된다면 광학시스템의 민감도가 하락하고 기계 구조가 다운되는 등의 고장을 유발할 수 있다.

이외에도 탐측기가 달에 착륙할 때 달 표면에서 발생한 거대 충격에너지 및 탐측기 자체에서 생성된 플룸은 안전 착륙을 위협하는 요인이기도 한다. 탐측기의 착륙완충기구가 테스트를 견뎌낼 수 있을지 여부는 달에 착륙하는 당일 알 수 있다.

우웨후이(吳月輝) 기자

(Web editor: 轩颂, 趙宇)