[과기부 보도자료] 우리가 만든 과학 탑재체, 한-미 협력으로 달 표면 탐사한다 – KS News

우리가 만든 과학 탑재체, 한-미 협력으로 달 표면 탐사한다

– 美 NASA의 민간 달착륙선에 탑재될 국내 개발 루셈(LUSEM) 탑재체 미국 이송 시작

– 美 인튜이티브 머신즈社의 노바-C 착륙선을 이용하여 ’24년 탑재체 발사 계획

– 달 앞면 저위도 ‘라이너 감마’ 지역에 착륙하여 달 우주환경 관측 수행

※ 한국천문연구원에서 작성한 “LUSEM” 관련 보도자료는 과학기술정보통신부에서 배포하였습니다. 자세한 내용은 붙임파일을 참고하시기 바랍니다.

■  과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하 ‘과기정통부’)와 한국천문연구원(원장 박영득, 이하 ‘천문연’)은 9월 4일(월) 미국의 무인 달착륙선을 통해 ’24년 달에 발사하여 과학 임무를 수행하기 위한 ‘달 우주환경 모니터(이하 ‘LUSEM*’)’ 탑재체의 개발이 완료되어, 미국으로 이송을 시작하였다고 밝혔다.

 * LUSEM : LUnar Space Environment Monitor

□  LUSEM은 천문연이 국제 달 탐사 공동연구 추진을 위해, 美 NASA의 CLPS* 계획에 참여하여 개발한 탑재체이다. CLPS 계획은 美 아르테미스 프로그램의 하위 계획으로서, NASA 주관으로 달의 과학적 탐사, 상업적 개발 등과 관련된 탑재체를 실은 무인 달착륙선을 매년 발사하는 계획이다. NASA는 사업 기획·관리를 담당하고, 입찰을 통해 선정된 민간 기업이 무인 달착륙선을 개발·발사·착륙·운영하게 되며, 천문연은 착륙선에 탑재할 과학 탑재체 중 4종**을 개발하여 달 탐사 과학 임무를 공동으로 수행할 계획이다.

 * CLPS : Commercial Lunar Payload Services, 민간 달 탑재체 수송 서비스

** ① 달 표면 우주환경 모니터(LUSEM), ② 달 표면 자기장 측정기(LSMAG), ③ 달 표토 3차원 영상카메라(GrainCams), ④ 달 표면 우주방사선 측정기(LVRAD)

 □ LUSEM은 50킬로전자볼트(50keV*) 이상의 고에너지 입자를 검출할 수 있는 센서로서, 천문연 주관으로 경희대 우주과학과 선종호 교수 연구팀과 함께 개발한 과학 탑재체이며, 국내업체인 쎄트렉아이가 제작을 담당하였다. 

 * 전자볼트(eV)는 전기를 띤 입자가 가진 에너지를 측정하는 단위로서, 1eV는 1.6×10-19C의 전하를 가지는 입자가 1V의 전위차에서 가속될 때 얻는 에너지

 지구 표면과 달리 대기권 및 지구 자기장 등의 보호를 받지 못하는 달 표면에서는 심우주로부터 날아오는 고에너지 입자가 직접 검출되는 것으로 알려져 있다. 고에너지 입자는 우주인의 건강이나 우주선의 전자부 기능 및 구조·강도 등에 영향을 미칠 수 있고, 대기가 없는 천체에서의 우주 풍화 작용 등 과학적 연구에도 중요하게 활용되기 때문에, 향후 유인 심우주 탐사 및 우주과학 연구를 위해 고에너지 입자에 대한 연구 필요성이 지속적으로 제기되어 왔다. 

 □ 이러한 필요성을 바탕으로 NASA는 지난 ’21년 11월, ’24년 발사할 계획인 인튜이티브 머신즈(Intuitive Machines)社의 무인 달착륙선 노바-C(Nova-C)에 한국이 개발한 LUSEM을 탑재한다고 발표하였다. Nova-C는 달 앞면 저위도 ‘라이너 감마(Reiner Gamma)’ 지역에 착륙하여, LUSEM을 통한 우주환경 관측을 포함해 표면 지형 관측, 국소 자기장 측정, 협력적 자율분산주행 로버군 전개, 레이저 반사경 배치 등의 임무를 수행할 예정이다.

※ 라이너감마(Reiner Gamma) : 달의 앞면 적도 서쪽에 위치하고 있으며, 무늬로 인해 굴곡이 있는 것처럼 보이나 평평한 평면지대임

□  LUSEM은 센서부와 전장부, 그리고 두 장치를 연결하는 전선으로 이루어져 있다. 이 중 센서부는 고에너지 입자를 관측하는 주 장비로서, 위와 아래의 양방향 관측이 가능한 검출기 2기로 구성되어 있다. 두 쌍의 검출기는 각각 한쪽은 전자를, 다른 한쪽은 양성자를 검출한다. 그리고 위쪽을 바라보는 검출기는 우주에서 날아오는 입자를 검출하고, 아래쪽을 바라보는 검출기는 달 표면에 반사되는 입자를 확인하여 상호 차이를 분석하게 된다. 전장부는 센서부를 제어하고 신호를 처리하며 전원을 공급하는 등의 역할을 수행한다.

1. 센서부: 고에너지 대역의 전자와 이온을 분리하여 검출

2. 전장부: 센서부 제어, 신호처리, 전원공급, 착륙선과의 전기적 인터페이스 관리

□ LUSEM은 9월 4일(월) 항공포장을 마친 뒤 미국으로 이동된다. 우선 무진동 차량에 실려 대전을 출발해 인천공항에 도착한 후 항공운송을 통해 텍사스주 휴스턴에 위치한 인튜이티브 머신즈(Intuitive Machines)社로 이송된다. 이후 천문연이 NASA 주관 하에 LUSEM을 ’24년 초까지 Nova-C에 장착한 뒤, ’24년 말 SpaceX社의 팰컨-9(Falcon-9)를 통해 발사하는 것을 목표로 착륙선과의 인터페이스 시험 및 기능시험 등의 발사 준비 작업을 수행할 예정이다.

□ 조선학 과기정통부 거대공공연구정책관은 “아르테미스 약정 서명 후 추진해온 첫 번째 협력 프로젝트가 성공적으로 진행되어 매우 뜻깊게 생각한다”면서 “다누리의 성공에 이어 한-미 우주탐사 분야의 협력이 지속적으로 이루어지고 있는 만큼, 앞으로도 아르테미스 프로그램에서 우리나라의 참여 범위를 확대하고 우주분야 국제공동연구의 장을 넓혀나가기 위해 노력하겠다”고 밝혔다.

□ 박영득 한국천문연구원장은 “LUSEM은 우리나라의 자랑스러운 과학 탑재체 중 하나”라며 “우주탐사 시대에 필요한 우주환경에 대한 여러 가지 정보를 전해줄 것으로 기대한다”고 밝혔다.

[참고자료 1] 달 우주환경 모니터(LUSEM) 개요

□ (기본 형상) 두 개의 고에너지 입자 관측기(SST : Solid State Telescope)*를 서로 반대 방향으로 평행하게 배치시켜 달에서의 하늘과 달 표면 양방향을 동시에 바라보도록 설계

    * SST : 특정 방향으로 입사하는 고에너지 이온과 전자의 양을 측정하는 관측기기. 미국의 지구-달 우주환경 탐사선 테미스(THEMIS), 미국의 화성 탐사선 메이븐(MAVEN) 등의 우주탐사임무에 활용된 바 있으며, 천리안위성 2A호에서도 우주기상 탑재체(KSEM, Korean Space Environment Monitor)로 활용되고 있음.

□ (제원)

 ○ 크기 : (센서부) 205mm(w) X 184mm(d) X 231mm(h)(전장부) 380mm(w) X 308mm(d) X 132mm(h)

 ○ 전체무게 : 10kg

□ (기능) 우주에서 달로 입사하거나 달 표면에 반사되는 입자 중 50keV*~22.5MeV** 에너지 대역의 이온과 50keV~3.8MeV 에너지 대역의 전자를 달 표면에서 상시 관측

    * 킬로일렉트론볼트, 1keV = 1,000eV

   ** 메가일렉트론볼트, 1MeV = 1,000keV = 1,000,000eV

□ (관측 대상) 근지구 공간의 우주환경, 달궤도 및 달표면의 고에너지 입자를 관측

 ○ 발사 후 지구 궤도를 벗어난 뒤 관측을 시작하여 ① 달까지 가는 동안 근지구 공간의 우주환경을 조사하고, ② 달궤도 도착 후 착륙지로 하강하며 관측을 수행하며, ③ 착륙 후에는 달표면에서 관측할 예정

□ (작동 원리)

 ○ 이온 및 전자를 검출하는 다층 실리콘 검출기 한쪽에 포일(Foil)을 두어 저에너지 대역의 이온을 차단하고, 반대편에는 자기장 필터 역할을 하는 자석을 이용해 저에너지 대역의 전자를 차단함으로써 원하는 수준 이상의 에너지를 가지는 이온과 전자를 각각 분리하여 검출

[참고자료 2] 달 우주환경 모니터(LUSEM) 비행모델 사진

[참고자료 3] 추가 참고자료

1. 라이너 감마 지역이 착륙지로 선정된 이유가 무엇인지?

○ 라이너 감마는 아직 생성 메커니즘과 유지 원리가 알려지지 않아 과학적으로 흥미로운 대상인 스월(swirl)* 중 가장 잘 알려진 지역임.

    * 달 표면에서 지형의 높낮이가 없지만 밝고 어두운 곡선의 무늬가 어지럽게 나타나는 영역을 통칭하는 용어로, 달 표면에서 드물게 발견되는 특이지역

○ 스월의 위치 분포는 명시적인 경향성은 드러나지 않으나 표면 부근 지하의 국소적인 자기이상(magnetic anomaly) 지역의 분포와 상관관계를 보임. 이러한 독특한 무늬가 어떻게 생성되었는지, 왜 현재 발견되는 바와 같이 무작위적으로 드물게 분포하는지, 입자의 이동 및 바깥 우주에서 오는 영향에도 불구하고 어떻게 오랜 세월동안 그 형태를 유지하는지 등에 관해서는 아직 명확히 밝혀져 있지 않음.

○ 또한 자기 이상으로 인한 소규모 자기장이 해당 지역으로 들어오는 입자들의 입사 경로에 영향을 미칠 것으로 예측되는데, 이를 확인하기 위해서는 스월 지역에서의 직접 관측이 필요함. 이같은 이유로 라이너 감마는 전 세계의 달과학 연구자들이 달착륙선의 과학 탐사 임무 후보지로 항상 제안해 온 지역 중 하나임.

○ 라이너 감마의 위치는 상대적으로 착륙이 쉽고 지구와의 통신이 원활해 달착륙 임무를 운용하기에 유리한 지역이기도 함. 지구에서 잘 보이는 달 앞면 적도 부근에 있어 교신이 쉽고, 매우 평탄한 달의 바다 안에 위치하고 주변에 운석충돌구(크레이터) 등 복잡한 지형의 밀도가 현저히 낮아 착륙에 용이함.

2. 라이너 감마라는 이름이 붙은 유래는 무엇인지?

○ 라이너는 스월 가장 가까이에 있는 크레이터의 이름임. 기준이 되는 라이너 크레이터를 기준으로 하여 주변 지형에 그리스 알파벳을 붙이는 명명법을 따른 것으로, 이는 천문학에서 흔히 쓰이는 방식임.

○ 라이너 크레이터의 이름은 이탈리아 천문학자이자 수학자인 빈첸티오 레이니에리(Vincentio Reinieri)의 이름을 따라 명명됨.

3. Nova-c에 탑재된 다른 탑재체들의 임무는 무엇인지?

○ Lunar Vertex (LVx)

  – 착륙선과 소형 로버에 자기장 측정기를 각각 탑재하여 달 표면 자기장 측정 및 자기이상 현상의 원인을 규명하고, 저에너지 플라즈마 입자(전자, 이온)를 검출하며, 착륙지 주변의 광각 컬러 영상을 통해 표면 지질 및 토양입자를 관측

○ Cooperative Autonomous Distributed Robotic Explorers (CADRE, 협력적 자율분산 로봇 탐사)

  – 소형 로버 3대를 활용한 무인 자율 주행 및 자율 임무 기동 수행능력 검증

○ ESA’s MoonLIGHT Pointing Actuator (MPAc)

  – 지구-달 간의 거리를 정밀하게 측정하기 위한 레이저 반사경을 배치. 유사한 반사경을 여러 CLPS착륙선에 탑재하여 달 표면의 다양한 지역에서 활용하고, 달 내부구조 등을 연구

4. Nova-c의 다른 탑재체와 연계하여 수행하는 임무가 있는지?

○ LUSEM은 과거 아폴로 임무를 통해 월면에서 운용된 입자검출기보다 높은 에너지 대역의 입자를 관측함으로써 새로운 과학관측자료를 얻을 수 있음.

○ 같은 착륙선에 함께 실리는 Lunar Vertex에 포함된 입자검출기는 상대적으로 낮은 에너지 대역을 관측하는데, LUSEM의 관측영역과 일부 겹치므로 두 관측자료를 함께 활용하면 월면에 입사하는 입자에 대해 보다 종합적으로 연구할 수 있음. 이를 위해 Lunar Vertex 팀과 면밀히 협력하기로 함.