NASA, 2월 말 예정인 달 탐사 위성의 달 궤도 진입계획

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Before arriving at the Moon, the small satellite mission will use the gravity of the Sun, Earth, and Moon over several months to gradually line up for capture into lunar orbit.

달에 도착하기 전에 이 소형 위성은 몇 달에 걸쳐 태양, 지구, 달의 중력을 이용해 달 궤도에 서서히 진입할 수 있도록 준비할 것입니다.

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사진출처) 컨셉사진 / Lockheed Martin Space

 

NASA의 달 탐사 소형 위성인 '루나 트레일블레이저(Lunar Trailblazer)'는 이달 말 발사를 앞두고 최근 플로리다에 도착하여 스페이스엑스(SpaceX)의 우주발사체인 팰컨 9 로켓에 장착되었습니다. 콜로라도주 리틀턴(Littleton)에 있는 록히드 마틴 스페이스(Lockheed Martin Space)에서 제작된 이 소형 위성은 NASA의 CLPS(Commercial Lunar Payload Services, 상업용 달 운송 서비스) 계획의 일환인 인튜이티브 머신스(Intuitive Machines)의 IM-2 발사체에 탑재되어 2월 26일 목요일 케네디 우주 센터의 발사 단지 39A에서 발사될 예정입니다.

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루나 트레일블레이저(Lunar Trailblazer)가 발사 되면, 약 48분 후에 로켓에서 분리되어 달을 향한 독립 비행을 시작할 예정입니다. 이 소형 위성은 달에 물이 있는지, 어디에 있는지, 어떤 형태인지, 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는지 알아내는 '달 표면의 물 지도'를 제작할 것이라고 합니다. 2년간의 주요 임무 기간 동안 수집된 관측 자료는 태양계 전체에 걸쳐 공기가 없는 위성에서 물이 어떻게 순환하는지 이해하는 데 기여할 것이며, 동시에 물이 어디에 있는지 파악하여 향후 인간과 로봇의 달 탐사 임무를 지원할 것입니다.

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이러한 목표를 달성하는 데 핵심적인 역할을 하는 것은 우주선에 탑재된 두 가지 최첨단 과학 장비인 고해상도 휘발성 물질 및 광물의 달 지도제작장치(High-resolution Volatiles and Minerals Moon Mapper, 이하 HVM3), 적외선 분광기, 달의 열 지도제작장치(Lunar Thermal Mapper, 이하 LTM) 적외선 다중 스펙트럼 이미저입니다. HVM3 기기는 남부 캘리포니아에 있는 NASA의 제트 추진 연구소(Jet Propulsion Laboratory, 이하 JPL)에서 제작했으며, LTM은 옥스퍼드 대학교에서 제작하고 영국 우주국에서 자금을 지원했다고 합니다.

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“대규모 프로젝트에서 흔히 볼 수 있는 국제적인 규모의 소규모 팀으로 구성되어 있습니다."라고 JPL의 프로젝트 시스템 엔지니어인 앤디 클레시(Andy Klesh)는 말합니다. “그리고 매우 집중적이고 단일한 목적만 있는 소규모 미션의 일반적인 경우와 달리, 루나 트레일블레이저에는 두 개의 고해상도 기기가 탑재되어 있습니다. 우리는 정말 최선을 다하고 있습니다.”

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사진출처) NASA/JPL-Caltech

복잡한 여정 

루나 트레일블레이저 달 탐사 위성은 과학 데이터를 수집하기 전에 몇 달 동안 일련의 달의 중력을 활용하여 궤도와 속도를 변환하는 궤도순환(Flyby), 추진기로 위치 수정, 궤도 진입 등의 과제를 수행합니다. 고도로 계획된 이러한 위성의 움직임은 결국 달 표면을 매우 상세하게 매핑할 수 있도록 우주선의 위치를 결정하기 위해서 입니다. 

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무게가 440파운드(200킬로그램)에 불과하고 태양 전지판을 완전히 펼쳤을 때 폭이 11.5피트(3.5미터)에 불과한 루나 트레일블레이저는 식기세척기 크기 정도에 비교적 작은 엔진을 탑재하고 있습니다. 4~7개월(발사 날짜에 따라 다름)에 걸친 달 궤도로 진입하기 위한 과정을 최대한 효율적으로 진행하기 위해 미션의 설계 및 항법 팀은 태양, 지구, 달의 중력을 이용해 낮은 에너지로 달 궤도에 진입하는 계획을 선택했습니다.

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“로켓은 초기에 달을 지나 우주로 진행하다가, 지구 주위를 크게 돌며 달의 궤도를 돌고 나면 중력에 의해 궤도가 자연스럽게 재구성될 것이라고 합니다. 이를 통해 최소한의 추진력으로 달 궤도에 진입할 수 있을 것입니다."라고 JPL의 루나 트레일블레이저 임무 설계 및 내비게이션 책임자인 그레고리 란토인(Gregory Lantoine)은 이야기 합니다. “이는 달을 목적지로 할 때, 도달할 때 까지 가장 연료를 효율적으로 사용하는 방법입니다.”

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달을 여러 번 지나가면서 우주선은 궤도 수정하는 작은 추진기를 폭발하여 사용하면서 궤도를 타원형에서 원형으로 천천히 변경하여 위성을 달 표면에서 약 60마일(100km) 고도까지 내려오게 할 예정입니다.

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사진출처) NASA/JPL-Caltech

 

달 궤도에 도착하기

달의 궤도에 진입한 루나 트레일블레이저는 달 표면 위를 활공하며 하루에 12번의 궤도를 돌며 임무 기간 동안 다양한 시간대에 달 표면을 관측할 예정입니다. 또한 이 위성은 직사광선을 전혀 받지 않아서 차가운 달 남극의 영구적으로 그늘진 크레이터를 들여다볼 수 있는 완벽한 궤도에 배치될 것이라고 합니다. 루나 트레일블레이저가 분화구 바닥에서 상당한 양의 얼음을 발견하면 미래의 달 탐험가들을 위한 자원으로 활용될 수 있습니다.

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이 미션으로 수집한 데이터는 NASA의 딥 스페이스 네트워크로 전송되어 캘리포니아 패서디나(Pasadena)에 있는 칼텍(Caltech, 캘리포니아 공대의 약칭)의 IPAC에 있는 루나 트레일블레이저의 새로운 운영 센터로 전달됩니다. 운영 및 통신에서 소프트웨어 개발에 이르기까지 임무의 모든 측면에 관여하는 칼텍 및 인근 패서디나 시티 칼리지의 학생들이 숙련된 팀과 함께 일하게 됩니다.

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루나 트레일블레이저는 저비용 과학 우주선이 일부 주요 임무에 동승할 수 있는 기회를 제공하는 NASA의 SIMPLEx(행성 탐사를 위한 소규모 혁신 임무)에 선정되었습니다. 전체 비용을 낮추기 위해 SIMPLEx 임무는 더 높은 위험 태세를 유지하지만, 감독 및 관리 요건은 까다롭지 않습니다. 이러한 높은 위험 태세 덕분에 NASA는 선구적인 기술을 테스트할 수 있으며, 이러한 임무의 성공 정의에는 더 많은 실험적 노력에서 얻은 사례들이 포함될 예정입니다.

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“우리는 획기적인 과학 목표를 가진 소규모 미션이므로 우리 조직에 내재된 유연성을 수용하여 성공할 것입니다."라고 IPAC의 루나 트레일블레이저 운영 책임자인 리 베넷(Lee Bennett)은 말합니다. “우리 국제 팀은 노련한 엔지니어, 여러 기관의 과학 팀원, 처음으로 NASA 미션에서 일할 기회를 얻은 현지 학생들로 구성되어 있습니다.”

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사진출처) 루나 트레일블레이저 / Lockheed Martin Space

 

Lunar Trailblazer에 대한 자세한 정보

달 탐사 위성 루나 트레일블레이저는 캘리포니아 패서디나에 있는 칼텍의 베서니 엘만 수석 연구원이 이끌고 있습니다. 칼텍은 또한 탐사선의 과학 조사 및 임무 운영을 주도합니다. 여기에는 명목상 임무 기간 동안의 모든 과학, 기기 및 우주선 활동의 계획, 일정 및 순서가 포함됩니다. 과학 데이터 처리는 캘텍의 행성 시각화를 위한 브루스 머레이 연구소에서 수행됩니다. 남부 캘리포니아에 있는 NASA의 제트 추진 연구소는 루나 트레일블레이저를 관리하고 시스템 엔지니어링, 임무 보증, HVM3 기기, 임무 설계 및 내비게이션을 제공합니다. 록히드 마틴 스페이스는 우주선을 제공하고, 비행 시스템을 통합하며, 칼텍과의 계약에 따라 운영을 지원합니다. 옥스퍼드 대학교는 LTM 계측기를 개발하고 제공했습니다. NASA의 달 탐사 탐사 프로그램의 일부인 이 임무는 앨라배마주 헌츠빌에 있는 마셜 우주 비행 센터의 NASA 행성 임무 프로그램 사무소에서 워싱턴에 있는 기관의 과학 임무 국을 위해 관리한다고 합니다.

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※ 기사 내용 참조

[NASA] How NASA’s Lunar Trailblazer Will Make a Looping Voyage to the Moon | Karen Fox et al. | Feb 13, 2025 | https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/jpl/how-nasas-lunar-trailblazer-will-make-a-looping-voyage-to-the-moon/

[Jet Propulsion Laboratory] Lunar Trailblazer에 대한 자세한 내용 | https://www.jpl.nasa.gov/missions/lunar-trailblazer/

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https://pf.kakao.com/_UCxoxnT

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