10일 오전 9시 서태평양에 착수
역대 가장 먼 유인 우주비행 기록
우주비행사 4명을 태운 아르테미스 2호 우주선이 10일 오후 8시7분(한국시각 11일 오전 9시7분) 미 서부 캘리포니아 인근 해상에 착수하고 있다. 미국항공우주국 제공
54년만의 달 근접비행에 성공한 미국항공우주국(나사) 아르테미스 2호 우주비행사들이 지구로 돌아왔다. 이로써 지난 1일 플로리다 케네디우주센터에서 시작한 111만8000km에 이르는 10일간의 달 왕복 여정이 성공적으로 마무리됐다.
4명의 우주비행사를 태운 우주선은 대기권에 진입한 지 14분만인 10일 오후 8시7분(한국시각 11일 오전 9시7분) 미 서부 캘리포니아 샌디에이고 앞바다에 착수했다.
임무 사령관 리드 와이즈먼은 착수 직후 "정말 놀라운 여정이었다"며 "현재 우리는 모두 안정적이고 건강한 상태"라고 말했다.
이날 귀환의 최대 고비는 ‘마의 6분 벽’으로 불리는 대기권 재진입 과정이었다. 우주선은 고도 120km에서 음속의 35배인 시속 약 3만9000km의 속도로 대기권에 진입했다. 이로 인해 우주선 주변에 2800도의 고온 플라스마가 생성되고 우주선과의 통신이 6분간 두절됐다. 나사는 이 과정에서 우주비행사들은 느끼는 압박감은 자기 몸무게의 4배(3.9G)에 이른다고 밝혔다.
이 구간을 지난 후 우주선은 세 단계에 걸쳐 총 11개의 낙하산을 펼치고 서서히 속도를 줄였다. 바다에 착수할 때의 속도는 시속 32km였다.
나사는 앞으로 2시간 이내에 헬리콥터를 이용해 우주비행사들을 군함으로 이송할 예정이다. 이후 우주비행사들은 간단한 건강 검진을 받고 항공편으로 휴스턴에 있는 나사 존슨우주센터로 이동한다.
지구 귀환 30여분 전 아르테미스 2호 우주선의 승무원 모듈과 서비스 모듈이 분리되는 순간. 서비스 모듈은 태평양 상공에서 지구 대기권에 진입해 소멸했다. 미국항공우주국 제공
아르테미스 2호가 세운 기록들
이번 우주비행에서 우주비행사들은 비행 6일차에 달 뒷면을 돌아나오는 중 지구에서 40만6771km 지점을 통과해 ‘역대 가장 먼 유인 우주비행’이라는 기록을 세웠다. 이는 1970년 아폴로 13호 우주비행사들이 세운 기록보다 6600km 더 먼 거리다. 우주비행사들은 이 과정에서 여태껏 육안으로는 보지 못했던 달 뒷면의 여러 지역을 직접 관측하고 태양이 달 뒤로 숨는 일식과 유성이 달 표면에 충돌해 일으키는 섬광, 지구 반사빛이 달 표면을 희미하게 비추는 지구광 등의 우주현상을 목격했다. 이번 비행은 1972년 아폴로 17호 이후 처음으로 우주비행사가 저궤도를 벗어난 것이기도 하다.
또 이번 비행팀에서 사령관 역할을 맡은 나사 우주비행사 리드 와이즈먼을 제외한 3명은 각기 다른 달에 간 최초의 여성(크리스티나 코크), 최초의 비백인(빅터 글로버), 최초의 비미국인(제레미 핸슨)이라는 기록을 세웠다.
아르테미스 2호 우주선이 대기권에 진입한 후 2800도의 고온 플라스마에 휩싸인 모습. 웹방송 갈무리
나사는 이번 임무를 통해 오리온 우주선의 생명 유지 장치를 비롯한 핵심 시스템이 달 유인 왕복비행 내내 정상적으로 작동하는 걸 확인하는 성과를 거뒀다. 다만 레이저 광통신 시스템의 연결 상태가 불안정한 경우가 있었고 우주선 화장실의 소변 흡입 팬과 배출구 시스템에서 두차례 문제가 발생했다.
이번 귀환비행은 달에 갈 때 이미 설정해 놓은 8자 모양의 자유귀환궤도 경로를 이용해 이뤄졌다. 자유귀환궤도는 달을 한 바퀴 돌면서 받은 달의 중력을 이용해 별도의 엔진 점화 없이 관성의 힘으로 지구로 다시 돌아올 수 있게 설계된 경로다. 나사가 우주비행사들의 안전을 위해 엔진 이상 등의 위험 요인을 최소화하기 위해 선택한 비행 방식이다.
54년만의 달 왕복비행을 무사히 마친 아르테미스 2호 우주비행사들. 맨왼쪽부터 시계방향으로 크리스티나 코크(임무 전문가), 제레미 핸슨(임무 전문가), 리드 와이즈먼(사령관), 빅터 글로버(조종사)다. 미국항공우주국 제공
2027년 아르테미스 3호는 저궤도 도킹 비행
나사는 2027년으로 예정된 아르테미스 3호에선 저궤도에서 달 착륙선 도킹 시험비행을 한다. 이는 지난 2월 아르테미스 달 착륙 프로그램의 추진 방식과 일정을 대폭 수정한 데 따른 것이다.
아르테미스 3호는 현재 스페이스엑스와 블루오리진이 개발하고 있는 달 착륙선과 나사의 오리온 우주선의 도킹 기술을 시험하는 무대가 될 것으로 보인다.
나사는 아르테미스 3호에 성공하면 2028년 아르테미스 4호부터 매년 한 차례 이상 달 착륙을 추진한다. 착륙 후보지는 달 남극이다. 이곳에는 햇빛이 전혀 비치지 않는 영구음영지역이 많다. 과학자들은 이곳에 물얼음이 다량 존재할 것으로 본다.
도널드 트럼프 대통령은 지난해 12월 서명한 ‘미국의 우주우위 확보를 위한 행정명령’에서 2028년까지 미국인을 달에 보내고, 2030년까지 달 기지를 위한 초기 요소를 건설하라는 지침을 내렸다.
오직 ‘중력’에 실려 복귀하는 아르테미스…‘2800도 6분’이 분수령
대기권 진입시 2800도 견뎌내야
귀환비행은 엔진 대신 중력으로
11일 아침 미국 서부 해안 착수
아르테미스 2호의 오리온 우주선은 시속 3만8000km의 속도로 지구 대기권에 진입하는 모습을 묘사한 그림. 지름 5m의 방열판이 열을 막아주고 11개의 낙하산이 속도를 낮춰준다. 미국항공우주국 제공
54년만에 달 왕복비행을 한 미국항공우주국(나사) 아르테미스 2호 우주비행사들이 11일(이하 한국시각) 지구로 돌아온다. 지난 2일 플로리다 케네디우주센터에서 출발한 지 꼭 10일만이다.
아르테미스 2호는 비행 6일째 지구에서 40만6771km 떨어진 달 뒤편 상공에서 반환점을 돈 뒤 귀환길에 올라 10일 오전 8시 현재 시속 5천km의 속도로 지구를 향해 오고 있다.
계획대로 진행될 경우 4명의 우주비행사를 태운 우주선은 11일 오전 9시7분(미 동부시각 10일 오후 8시7분) 미 서부 캘리포니아 샌디에이고 앞바다에 착수할 예정이다.
지구인 여러분 안녕! 지구로 돌아오고 있는 아르테미스 2호 우주선의 창을 통해, 우주비행사 크리스티나 코크가 무중력 표시기 라이즈 인형을 가리키며 미소 짓고 있는 모습이 보인다. 우주선 태양전지판 끝에 부착된 고프로 카메라로 9일 촬영한 사진이다. 미국항공우주국 제공
무사 귀환의 최대 고비는 대기권 재진입이다. 달에서 지구로 오는 우주선은 저궤도에서 돌아오는 우주선보다 속도와 온도가 훨씬 더 높다. 일반적으로 저궤도에서 내려올 땐 초속 7.8km(시속 2만8000km)의 속도로 오지만 달에서 올 땐 초속 11.2km(시속 4만320km)에 이른다. 이에 따라 공기와의 마찰 등으로 발생하는 열도 큰 차이가 난다. 저궤도에서 올 땐 1500~1600도 안팎, 달에서 올 땐 2800~3000도까지 오른다.
나사는 아르테미스 2호 우주선의 하강 최고 속도는 예상보다 다소 낮은 시속 3만8367km, 온도는 2800도 안팎이 될 것으로 예상한다. 이를 견뎌내기 위해 우주선은 지름 5m의 방열판을 앞세워 하강한다.
문제는 아르테미스 1호 시험비행 때 낙하 과정에서 180여개의 방열판 조각 중 일부가 떨어져 나간 점이다. 나사는 아르테미스 2호에선 방열판 손상을 최소화하기 위해 오리온 우주선의 하강 각도를 바꾼다.
이 구간을 지나는 동안 우주선 주변에 생성되는 고온 플라스마로 인해 우주선과의 통신은 6분간 두절되고 우주비행사들은 자기 몸무게의 4배에 이른 압박감(3.9G)을 느끼게 된다. 이 ‘마의 6분’ 벽을 잘 통과하면 이후 세 단계에 걸쳐 총 11개의 낙하산이 단계적으로 펼쳐진다.
달 중력 이용해 속도 줄이고 방향 바꿔
이번 귀환비행은 달에 갈 때 이미 설정해 놓은 8자 모양의 자유귀환궤도 경로를 이용해 이뤄졌다. 자유귀환궤도는 달을 한 바퀴 돌면서 받은 달의 중력을 이용해 별도의 엔진 점화 없이 관성의 힘으로 지구로 다시 돌아올 수 있게 설계된 경로다.
1959년 소련의 달 탐사선 루나 3호가 처음 개척한 자유귀환궤도는 달 착륙에 실패했던 아폴로 13호가 지구로 무사히 돌아올 때 이용해 유명해졌다. 당시 아폴로 13호는 엔진 폭발 사고로 사령선의 주 엔진을 사용할 수 없는 상황이 되자 달 착륙선(LM)의 하강 엔진을 사용해 이 궤도로 경로를 수정했다. 아르테미스 2호가 엔진 상태에 구애받지 않는 이 경로를 택한 것은 아폴로 13호를 교훈 삼아 안전을 최우선시했기 때문이다.
아르테미스 2호 우주선은 비행 이틀째 달전이궤도(TLI)에 진입할 때 자유귀환궤도 경로를 이용해 돌아올 수 있도록 부메랑 궤도를 설정했다.
우주선과 천체 사이엔 보이지 않는 중력 줄다리기가 벌어지는데, 우주선이 천체의 진행 방향 앞쪽을 가로질러 지나가면, 달의 중력에 에너지를 빼앗겨 속도가 줄어들면서 자연스럽게 지구로 향하는 궤도로 방향이 꺾이게 된다. 반대로 천체의 진행 방향 뒤쪽으로 지나면 에너지를 얻어 가속된다. 이 원리를 이용해 별도의 엔진 추진 없이 지구로 돌아오는 경로를 만든 것이 자유귀환궤도다. 이 원리에 따라 아르테미스 2호 우주선은 달 공전 방향 앞쪽으로 접근해 속도를 줄였고, 이후 달의 중력에 의해 궤도가 크게 휘어지며 자연스럽게 지구로 되돌아오는 경로로 들어섰다.
아르테미스 2호 우주비행사들이 지구로 돌아오는 길에 우주선 무중력 표시기 라이즈 앞에서 기념사진을 찍고 있다. 맨왼쪽부터 시계방향으로 크리스티나 코크(임무 전문가), 제레미 핸슨(임무 전문가), 리드 와이즈먼(사령관), 빅터 글로버(조종사)다. 미국항공우주국 제공
우주선에서 자주 듣는 말 “발 움직이지마”
앞서 우주비행사들은 8일 밤(현지시각) 기자들과 화상통화를 통해 일문일답을 시간을 가졋다.
이 자리에서 사령관을 맡은 리드 와이즈먼은 “동료들이 새로 발견한 충돌구에 작고한 아내 캐럴의 이름을 붙이자는 제안을 했을 때가 개인적으로 이번 임무에서 최고의 순간이었다”고 말했다. 그는 “그때 우리 네명은 가장 끈끈해지고 유대감이 깊어졌으며 앞으로 다가올 하루(달 근접비행)에 더욱 집중할 수 있었다”고 말했다.
조종사 빅터 글로버는 달 뒤편을 돌아 나올 때 개기일식을 목격한 것을 가장 기억에 남는 순간 중 하나로 꼽았다. 임무 전문가 크리스티나 코크는 “작기는 하지만 사실 필요한 모든 것이 갖춰진 공간에 있다보니 가끔은 우리가 어디에 있는지 잊어버릴 때도 있다고 모두들 말하곤 했다”며 우주선 생활에 대한 소감을 말했다.
코크는 “무중력 상태에서는 캡슐이 더 넓게 느껴지지만 서로 100% 부딪힐 수밖에 없다”며 “우주선에서 자주 듣는 말 중에 하나는 ‘발 움직이지 마, 발 밑에 있는 것 좀 꺼낼게’라는 말이었다”고 덧붙였다.
아르테미스 2호가 지구 귀환길에 포착한 우리 은하
중심부 아닌 나선팔의 모습
11일 아침 서태평양에 착수
지구 귀환길에 오른 아르테미스 2호 우주비행사들이 7일(현지시각) 우주선 창을 통해 촬영한 우리 은하. 미국 항공우주국 제공
역대 가장 먼 거리를 날아가 달 근접비행을 마친 미국 항공우주국(나사) 아르테미스 2호 우주비행사들이 지구로 돌아오는 길에 우리 은하의 장엄한 모습을 카메라에 담았다.
근접비행 하루 뒤인 7일(현지시각) 휴무일에 촬영한 이 사진은 은하의 중심부가 아닌 나선팔 안쪽을 찍은 것이다. 수많은 천체가 칠흑 같은 우주 공간을 배경으로 빛나고 있다.
사진 중앙에 보이는 분홍색 구름은 지구에서 7500광년 떨어진 곳에 있는 호문쿨루스 성운이다. 이 성운은 쌍성계 ‘용골자리 에타’에서 격렬한 폭발이 일어난 뒤 생성됐다. 호문쿨루스는 라틴어로 ‘작은 인간’을 뜻하는데, 성운의 전체적인 모습이 마치 사람의 형상을 닮았다고 해서 붙여진 이름이다.
은하 평면을 따라 좌우로 별무리와 희미한 성운들이 늘어서 있고, 오른쪽 아래에는 우리 은하의 위성 은하인 대마젤란성운이 희미하게 보인다. 우주 미디어 스페이스닷컴은 “가장자리의 별들이 약간 흐릿하게 보이는 것은 10초의 노출 시간 동안 우주선, 혹은 카메라가 미세하게 움직였음을 드러내는 듯하다”고 전했다.
달 근접비행을 무사히 마친 아르테미스 2호 우주비행사들이 서로를 포옹하며 기쁨을 만끽하고 있다. 미국 항공우주국 제공
나사는 8일(현지시각) 우주비행사들이 지구 재진입을 위해 장비를 정리하고 좌석을 설치하는 작업을 진행한다고 밝혔다. 애초 예정했던 열차폐막 펼침 시연은 하지 않기로 했다.
우주비행사들을 태운 우주선은 10일 오후 8시(한국시각 11일 오전 9시) 미국 캘리포니아 샌디에이고 앞 태평양 해상에 착수할 예정이다. 귀환 비행에선 추진기를 사용하지 않고 오로지 중력의 힘만으로 날아온다. 달의 중력을 이용해 가속한 뒤 지구에 가까이 오면 지구 중력의 힘으로 우주선을 끌어당기는 ‘자유 귀환’ 방식이다.
아르테미스 2호 우주선 태양전지판 끝에 장착된 카메라로 촬영한 셀카 사진. 우주비행사들이 임무 7일째를 앞두고 휴식을 취하는 중 찍은 사진이다.
지구 귀환 시 최대 고비는 대기권 재진입 순간이다. 우주선은 시속 4만234㎞로 대기권에 진입하는데, 이 과정에서 3천도에 가까운 열을 견뎌내야 한다. 아르테미스 1호 시험비행 때는 열차폐막에서 여러 조각이 떨어져 나가 안전에 대한 우려가 제기됐다. 나사는 차폐막 손상을 최소화하기 위해 이번엔 오리온 우주선의 하강 각도를 바꿀 예정이다. 이 구간을 잘 통과해 속도가 시속 500km대로 떨어지면 우주선은 낙하산을 펼친다. < 곽노필 기자 >
