S P A C E N o. 7 Feb 28, 2013 I S S U E 정책협력센터정책분석팀
이슈 2012 년미국항공우주청 (NASA) 은화성탐사로버큐리오시티가화성표면에성공적으로착륙 하는모습을실시간중계하여전세계이목을끌었고, 스페이스엑스 (SpaceX) 사는상업우주선 을국제우주정거장 (ISS: International Space Station) 으로보내는임무에성공하여민간기업의 우주운송시대를본격적으로개막하였으며, 중국은유인우주선선조우를우주정거장텐궁에성 1) SPACE.COM은뉴욕의 TechMediaNetwork사에서 1999년에개설한웹사이트로우주분야의최신미션, 발견, 이슈, 아이디어등에관한뉴스를제공하고있다. 2) 준궤도비행 (Suborbital flight) 은우주비행체가지구를도는궤도에진입하는것이아니라대기권에머물다가잠시외기권궤도를경험하고돌아오는것을말한다. 공적으로도킹시켜중국유인우주개발사의새장을여는등인류의크고작은우주로의도전이두드러진해였다. 2013년, 전세계는어떠한도전을준비하고있을까. SPACE.COM 1) 은 2013년도에예정된스페이스미션중에서주목해야할 13개미션을선정하여발표하였다. 버진갤럭틱 (Virgin Galactic) 사에서개발한우주비행기스페이스쉽투 (SpaceShip Two) 의준궤도시험비행 (Suborbital test flight) 2), 우리나라의나로호 3차발사, 오비탈사이언스 (Orbital Sciences) 사의무인우주선시그너스 (Cygnus) 의첫우주화물수송, 스페이스엑스 (SpaceX) 사의무인우주선드래곤 (Dragon) 을통한두번의수송임무, 일본, 유럽, 러시아의국제우주정거장에우주물자수송및러시아, 미국, 캐나다, 일본, 유럽의새로운우주인들의국제우주정거장임무및중 국의유인우주선선저우 10호, 지구궤도에서더나아가미국항공우주청의달궤도선라디 (LADEE) 와화성탐사궤도선메이븐 (MAVEN) 의발사에이르는행성탐사에이르기까지. 본스페이스이슈에서는세계가주목할 13개스페이스미션들에대해서좀더구체적인임무내용과특징에대해서살펴봄으로써점점더경쟁이치열해지는우주개발의최전선에미리가볼수있게하였다. Mission I 우주비행기스페이스쉽투의준궤도시험비행 (Suborbital Test Flight) 2013 년에는준궤도우주여행서비스를준비중인버진갤럭틱 (Virgin Galactic) 社가우주비행 기스페이스쉽투 (SpaceShip Two) 의첫시험비행을선보일예정이다. 스페이스쉽투는화이 트나이트투 (White Knight Two) 라는이중선체를가진모선 (mothership) 의날개아래에결 < 그림 1> 화이트나이트투 ( 양쪽 ) 에결합된 스페이스쉽투 ( 가운데 ) 합되어모하비사막에있는우주비행장에서시험 비행을시작하게된다. 화이트나이트투모선은 제트엔진을사용하여모하비사막에서고도약 15,000m까지날아오른후 ( 최대속도약 4,200km/h) 스페이스쉽투를분리시킨다. 그러면스페이스쉽투는고체와액체연료를모두사용하는하이브리드로켓엔진을점화시켜고도약 110km까지날아가준궤도에도달하여지구밖우주를관람한후다시지상으로활강하게된다. 스페이스쉽투는엔진연소를종료한상태에서공기저항을이용해약 25분동안천천히활강하여모하비우주비행장으로되돌아오게된다. 스 3) 버진갤럭틱회사홈페이지 : http://www.virgingalactic.co m/ 페이스쉽투는 2010 년 10 월이후지금까지 23 차례의무엔진활강시험비행을성공적으로수 행한바있으나, 로켓엔진을적용한스페이스쉽투시험비행은올해하반기에처음으로수행 할예정이다. 3)
Mission II 대한민국의나로호 3 차발사 지난 1 월 30 일외나로도의나로우주센터에서나로호의세번째발사가성공적으로이루어졌다. 나로호는 100kg급나로과학위성을지구저궤도에성공적으로진입시켰다. 이로써우리나라는자국의인공위성을, 자국의발사장에서, 자국의발사체로성공적으로발사한국가의대열에합류하게되었다. 나로호의성공발사는국내뿐아니라해외언론의많은주목을받았으며, 대한민국이향후자력기술기반의발사체를개발하여우주강국으로나아가는밑거름을마련하게되었다는평가를받았다. < 그림 2> 나로호 3차발사장면 Mission III 인도와프랑스의사랄 (SARAL) 위성 사랄 (SARAL, Satellite with ARgos and ALtika) 은인도우주연구기구 (ISRO) 와프랑스우주센터 (CNES) 가공동개발한 500kg 급소형위성으로, 지난 2 월 25 일다른 6 개의위성들과함께인 도의 PSLV 발사체로성공리에발사되었다. 사랄위성의본체개발및총조립은인도가담당하 였고, 2 개의주탑재체인 Argos-3 와 Altika 는프랑스가개발하였다. Altika 는해수면고도측정 4) ENVISAT(Environmental Satellite) 은유럽우주청에서 2002년에발사한지구관측위성으로서 2012년 5월 9일까지유럽의원격탐사임무를수행하고임무를종료하였다. 5) ARGOS 시스템은 1978년 CNES, NASA, NOAA에의해서기상및해양정보의수집과중계를위한목적으로만들어진위성기반시스템이다. 임무를위한탑재체로, 유럽우주청이운영중인 EVISAT 4) 위성에탑재된 RA-2 탑재체의후속으로향후 3년간운용될예정이다. 또하나의주탑재체인 Argos-3은다른위성에탑재된 Argos 탑재체들과함께글로벌위치측정및데이터수집을위한 ARGOS 시스템 5) 의일부를이루며향후 5년간임무를수행할예정이다. 인도와프랑스는이밖에도열대지방의기상연구를위한 Megha-Tropiques 위성을공동으로개발하여 2011년 10월성공적으로발사한바있다. < 그림 3> 사랄위성
Mission IV 무인우주선시그너스 (Cygnus) 의첫비행 오비탈사이언스사는스페이스엑스사와함께미국항공우주청의상업적궤도운송서비스 (COTS: Commercial Orbital Transportation Services) 개발프로그램에참여하고있다. 이의 일환으로오비탈사이언스사는무인우주선시그너스를개발하여국제우주정거장의화물수송 을하게되며, 올해 5~6 월에첫번째비행시험을계획하고있다. 이번시험비행에서는안타 6) 안타레스 (Antares) 발사체는오비탈사이언스사에서우크라이나의유즈노예사와합작하여개발중인발사체이다. 지구저궤도 (LEO) 에 5,000 kg를올릴수있다. (www.orbital.com/antares-c ygnus/) 레스 (Antares) 6) 에무인우주선시그너스를탑재하여버지니아주의월롭스섬 (Wallops island) 의발사장에서발사할예정이다. 시그너스발사를위해개발하는발사체를초기에토러스 (Taurus) II로명명했으나기존토러스와의혼동을방지하기위하여 2011년말안타레스로명칭을변경하였다. 시그너스프로젝트는당초 2011년운용을목표로시작되었으나개발진행중몇차례의지연으로운용시작시기가 2013년으로연기되었다. 이번시험비행이성공하면올해하반기에국제우주정거장으로의첫수송임무가예정되어있다. < 그림 4> 시그너스 Mission V 스페이스엑스사 (SpaceX) 의 무인우주선드래곤 (Dragon) 의국제우주정거장비행 미국항공우주청의국제우주정거장화물수송을맡은다른업체인스페이스엑스사는 2012 년 5 월 24 일무인우주선드래곤을국제우주정거장으로보내는비행시험을수행하여 5 월 31 일무 사히귀환하였다. 또한같은해 10 월에는성공적으로첫수송임무를수행했다. 드래곤발사에 7) Falcon-9은스페이스엑스사에서개발한이단발사체로액체산소와케로신을연료로사용한다. 지구저궤도높이에 13,150 kg을올릴수있는추력을가지고있다. (www.spacex.com/dragon/p hp) 는스페이스엑스사에서자체적으로개발한 Falcon-9 7) 이사용되었다. 드래곤은우주왕복선퇴역이후의국제우주정거장화물수송선으로 2008년에선정되었으며, 최소 12번이상의비행이계획되어있다. 스페이스엑스사는올해에도 5월 1일과 9월 30일에국제우주정거장으로의화물수송을계획하고있으며발사장은플로리다주의케이프커네버럴공군기지이다. 국제우주정거장의보급품공급을위하여예정된수송은반드시수행되어야하며, 향후스페이스엑스사의유인우주비행계획을위해서도중요하다. < 그림 5> 스페이스엑스사의드레곤
Mission VI 8) 국제우주정거장은 1998년 첫 모듈인 Zarya' 를 시작으로 구축된우주구조물로, 16개국 ( 유럽연합포함 ) 이 참여하고 있 다. 이중 6개의우주기관이 운용및실험등주요역할을 수행하고있으며, 미국 NASA, 러시아 ROSCOSMOS, 유럽 ESA, 일본 JAXA, 캐나다 CSA가이 에해당한다. 9) 국제우주정거장에는 2010년 부터우주인이거주하기시작하 였으며, 2012년까지 207명의 우주인이 국제우주정거장에 머 물렀다. 우주정거장승무원수송 2013년국제우주정거장 (ISS: International Space Station) 8) 에우주승무원을실어나를계획은 3번으로잡혀있다. 세번모두카자흐스탄바이코누르우주센터에서러시아의소유즈우주선을통해이루어질예정이다. 첫번째우주인수송은 3월 28일로예정되어있으며, 두번째는 5월 28일, 세번째는 9월 25일로계획되어있다. 매번발사에는우주정거장프로젝트에참여하고있는미국, 러시아, 캐나다, 일본, 유럽의우주인 3명을수송할예정이다. 우주인은평균적으로 5~6 달동안국제우주정거장에머무르면서다양한임무를수행하게된다. 국제우주정거장에는항상 3~6명의우주인이탐승하여임무를수행하고있다 9). < 그림 7> 이전 ISS 승무원 < 그림 8> 현재 ISS 승무원 < 그림 9> 다음 ISS 승무원 < 그림 6> 국제우주정거장 Mission VII 캐나다의카시오페 (Cassiope) 위성 캐나다우주청 (CSA) 이개발한카시오페 (CASSIOPE: CAScade, Smallsat and Ionospheric Polar Explorer) 위성은통신탑재체와과학실험패키지를탑재한 500kg 급소형위성으로, 2013 년 4 월경에스페이스엑스사의 Falcon-9 발사체를이용해발사될예정이다. 카시오페에탑 재될캐스케이드 (Cascade) 통신탑재체는세계최초로대용량디지털파일을송수신하는통신 < 그림 10> 카시오페미션로고 택배업무를수행할예정이며, 8 개의과학관측장 비로이루어진 epop 과학실험패키지는지구이온 층의관측을통해우주폭풍등우주기상이지구에미치는영향에관한연구를수행할예정이다. 카시오페위성의개발은 MDA사가총괄하였으며, 탑재체개발에는캐나다의 7개대학을비롯한캐나다, 일본, 미국의연구소들이참여하였다. 브리스톨항공우주 (Bristol Aerospace) 사가개발을담당한위성본체는향후다양한임무를수행할수있는소형위성의표준본체로활용될예정이다. 한편, 이번발사에서 Falcon-9 발사체는신규개발된 Merlin-1D 엔진을최초로장착하게되며, 캘리포니아주밴더버그공군기지의발사장을처음으로활용하게된다.
Mission VIII 우주정거장화물수송 (Space Station Cargo Launches) 세계여러나라들이 2013 년에국제우주정거장에화물을실어나르기위한우주선발사를계획 하고있다. 국제우주정거장에는현재최대 6 명의우주인들이머물면서미세중력실험, 우주 환경실험, 우주생물학실험, 우주인체생리학실험등다양한과학실험을수행하고있다. 우주인들이국제우주정거장에서생활하기위해서는음식, 생활필수품, 실험기구등의보급품을 < 그림 11> 국제우주정거장에보급품을 지원하는로봇우주선 지속적으로지원해주어야하는데이를위해미 국항공우주청과다른나라의우주청들은국제 우주정거장에보급품을실은화물우주선을보 낸다. 2013년에는일본, 유럽, 러시아, 그리고민간기업인스페이스엑스사와오비탈사이언스사가화물우주선발사를계획하고있다. 러시아는탑재중량 2,350kg을가진프로그레스 (Progress) 라는화물우주선을 2월 12일, 4월 24일, 7월 24일, 총 3차례에걸쳐발사할예정이다. 유럽은탑재중량 7,867kg을가진 ATV(Automated Transfer Vehicle) 화물우주선을 4월 18일에, 그리고일본은탑재중량 5,200 kg을가진 HTV(H-II Transfer Vehicle) 화물우주선을 7월 15일에각각한차례씩발사할예정이다. 프로그레스와 ATV, HTV 모두국제우주정거장혹은다른우주구조물에화물을실어나르기위해각국에서개발된무인화물선이다. Mission IX 유럽우주청의스웜 (Swarm) 위성군 유럽우주청의지구과학임무중하나인스웜 (Swarm) 위성군이 2013 년 4 월발사를앞두고 있다. 스웜위성군은 3 개의위성 ( 총무게 1,500kg) 으로구성되며지구극궤도에쏘아올려 진다. 3 개의위성중두개는고도 450km 에서, 나머지하나는그보다더높은고도 530km 에서지구주변을돌며지구자기장을관측하게된다. 지구자기장의세기, 방향, 변화 < 그림 12> 스웜위성군 등을정밀하게측정할수있는고해상도 장비를통해스웜위성군은총체적인지구 자기장, 그리고지구자기장과다른외부영향과의상호작용을정확하게모델링할수있다. 이를위해스웜위성군은 VFM(Vector Field Magnetometer), ASM(Absolute Scalar Magnetometer), EFI(Eectric Field Instrument), ACC(Accelerometer), LRR(Laser Range Reflector), 별추적장치, 항법수신기 (GPS Receiver L1/L2) 등을탑재하고있다. 유럽우주청의과학자들은우주로부터지구자기장을정확하게분석함으로써자기장을 10) http://www.esa.int/our_activ ities/observing_the_earth/th e_living_planet_programme/ Earth_Explorers/Swarm 생성해내는지구의핵, 맨틀, 지각등의내부구조를이해하고, 이를통해지구및우주기상에미치는영향을자세히연구할수있을것으로기대하고있다. 스웜위성군의실질적인개발은유럽우주청으로부터계약을얻은아스트리움 (Astrium) 사가맡았고, 발사는유로콧 (Eurocket Launch Services) 사가담당한다. 10)
Mission X 미국항공우주청 (NASA) 의아이리스 (IRIS) 위성 나사에서개발한아이리스 (IRIS: Interface Region Imaging Spectrograph) 위성이 2013 년 4 월 28일, 오비탈사이언스사의페가수스 (Pegasus) XL을이용하여미국캘리포니아의밴더버그공군기지에서발사될예정이다. 아이리스위성의목표는열과에너지가어떻게태양대기의하층을통하여이동하는지를이해하는것이다. 따라서 IRIS는코로나와태양풍으로의에너지전이에대한이해를높일수있는중요한정보를제공할것이다. 이러한정보는태양물질이분출 < 그림 13> IRIS 위성 되어지구를향해날아오는원인과휴먼테크놀 로지에간섭을일으키는우주기상현상이발생 하는이유를설명하는데도움을줄것이다. IRIS 위성의디자인은 NASA/LMSAL (Lockheed-Martin Solar and Astrophysics 11) LMSAL은캘리포니아팔로알토에있는 Lockheed Martin Advanced Technology Center(ATC) 의한부서로서태양및천체물리학적관측을수행하는과학자와엔지니어들로구성되어있다. 12) 미국항공우주청에서는소형탐사위성을개발비용 $120 million 이하의위성으로규정하고있다. Laboratory) 11) 의이전위성들로부터파생되었다. 이전디자인을재사용함으로써기술적, 시간적, 비용적리스크를감소시켰다. 아이리스는소형탐사위성 (Small Explorer) 12) 으로분류된다. 아이리스의궤도는태양동기궤도이며, 총무게는 167kg, 임무수명은 2년이다. 탑재체로는 20cm 자외선망원경, 다채널분광기, 영상장치 (slit-jaw imager) 를탑재한다. 자외선망원경으로는온도가 5,000K에서 65,000K 사이에속하는물질을관찰하고, 분광기로는 5,000K에서 10,000,000K 사이의온도에속하는물질을관찰한다. Mission XI 13) 선저우는중국의유인우주선으로 1999년 11월 19일첫발사되었다. 2012년까지모두 9번의발사가있었으며, 이중 1, 2, 3, 4, 8호는무인으로발사하였고 5, 6, 7, 9호는유인으로발사하였다. 2003년 10 월 15일에발사된선저우-5호에는중국의첫우주인양리웨이가탑승하였으며 2012년 6 월 16일에발사된선저우-9호에는중국의첫여성우주인인류양이탑승하였다. 중국의유인우주선선저우 10호와우주정거장텐궁의도킹중국은 2013년 6월선저우-10호 13) 우주선을발사하여 5번째유인우주임무를수행할예정이다. 이번 선저우-10호 에는 3명의우주인이탑승할예정이며, 이중한명은여성으로알려져있다. 선저우-10호의주요임무는 2011년 9월 29일에발사된중국의우주정거장시험모듈인톈궁-1호와의도킹수행이다. 이도킹임무는 2012년 6월 16일에발사되어중국의첫유인도킹을수행한선저우-9호의뒤를잇는것으로, 선저우-10호임무를통해중국은유인우주정거장건설및유인달탐사계획을수행하는데한발자국더다가설것이다. 선저우-10호는선저우 -9호와마찬가지로장정-2F 발사체이실려쥬촨우주센터에서발사될예정이다. < 그림 15> 선저우-9호와톈궁 1호의도킹 < 그림 16> 선저우-9호탑승우주인 < 그림 14> 선저우 형상
Mission XII 미국항공우주청의달궤도선라디 (LADEE) 라디 (LADEE: Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) 는미국항공우주청에서 개발한달궤도선 (Lunar Orbiter) 으로서 2013 년 8 월 12 일, 미국버지니아의월롭스섬발사장 에서미노타우르 (Minotaur) V 발사체에의해발사될예정이다. 라디는달의궤도를돌면서달 대기와달먼지환경의특성에대한자세한정보를수집하도록설계되었다. 라디의과학임무 < 그림 17> 달궤도선라디 목적은먼저달대기의밀도와구성, 시간에따른 변화를측정하는것이고, 다음으로정전기적으로 이동되는먼지알갱이 (dust grains) 의크기, 전하, 공간적분포등을측정하고, 이들이달탐사와달기반천문학에미치는영향을평가하는것이다. 이들임무를수행하기위해서라디는 NMS(Neutral Mass Spectrometer), UVS(Ultraviolet/Visible Spectrometer), LDEX(Lunar Dust EXperiment) 등 3개의과학탑재체를탑재하고있다. 라디의임무기간은총약 160일이며, 이중 30일동안은달까지이동하고, 30일동안체크아웃 (checkout) 을하고, 나머지 100일동안달을돌면서과학임무를수행한다. 라디의총무게는 383kg이고, 위성개발비용은 2.63억불이다. Mission XIII 미국항공우주청의화성탐사궤도선메이븐 (MAVEN) 메이븐 (MAVEN: Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) 은미국항공우주청에서개발한 화성궤도탐사선으로 2013 년 11 월 18 일플로리다의케이프커네버럴공군기지에서아틀라스 14) Mars Scout Program은 NASA에서추진하는프로그램으로화성에소형이면서저비용의로봇을이용하는일련의탐사선들을보내는프로그램이다. Phoenix 착륙선과 MAVEN 궤도선이선정되었다. (Atlas) V 발사체로발사될예정이다. 메이븐은미국항공우주청의 Mars Scout Program 14) 의일환으로 2008년에선정되었다. 메이븐은화성의상층대기와그것이태양과어떤상호작용을하는지에대한연구를수행하게된다. 메이븐은화성의대기와기후진화그리고생명체가살수있는지에대해서이전의어떤관측보다도 < 그림 18> MAVEN의개념도많은정보를제공할것이다. 프로젝트의관리는미국항공우주청의고다드우주비행센터 가맡고, 우주선의제작은록히드마틴 (Lockheed Martin) 사에서맡았으며, 탑재체는 UC Berkeley, University of Colorado, 고다드우주비행센터등에서맡았다. 메이븐 의 탑재체는 magnetometer, neutral gas and ion mass spectrometer, solar wind electron analyzer 등 8개의센서로구성되어있다. 메이븐은 2013년 11월에발사되면 2014년 9월에화성의타원궤도 (6,200km 150km) 에진입하여 1년간임무를수행하게된다. 메이븐의무게는 903kg이며개발비용은 4.85억불이다.