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미국의 민간 우주기업 인튜이티브 머신즈(Intuitive Machines)의 '오디세우스(노바-C)' 달 착륙선이 민간기업으로는 세계 최초로 달 착륙에 성공했습니다.

지난 15일 오전 1시 5분(현지시간) 미국 플로리다주 케이프커내버럴 우주기지에서 스페이스X의 팔컨9 로켓에 실려 발사된 오디세우스는 2단 상단부와 성공적으로 분리된 후 8일 간 우주비행을 진행했고 21일 본체의 엔진을 연소하면서 월면 상공 92km 달 궤도에 진입했습니다. 이후 이틀 뒤 달 남극점에서 300km 떨어진 '말라퍼트A' 지점에 연착륙을 시도한 끝에 성공했습니다.

말라퍼트는 태양과 달 표면을 관측해온 천문학자 샤를 말라퍼트의 이름을 따서 지어진 곳으로, 달의 남극점 주변에 있는 분화구 지대입니다. 2026년 유인 달 탐사 프로젝트 '아르테미스3(Artemis III)'미션의 착륙지 '말라퍼트 매시프(Malapert Massif)'와 지형이 가까워 유인 달 탐사 이전 비슷한 환경에서의 착륙이라는 점에서 의미가 있습니다.

22일(현지시간) 착륙 당시 중계영상에서는 월면 착륙 직후 약 13분 정도 연락이 지연되다 신호를 수신했습니다. 민간으로서는 최초의 사례이자 미국으로선 아폴로 계획 이후 52년만의 달 착륙 성과입니다. 현지에서는 '미국이 달에 돌아왔다(America return to the Moon)'라는 표현을 쓰며 자축하는 반응이 나왔습니다.

빌 넬슨 미국항공우주국(NASA) 국장은 "반세기 만에 처음으로 미국이 달로 돌아갔다"며 "오늘은 NASA의 상업적 파트너십의 힘과 가능성을 보여주는 날"이라고 말했습니다. 다음 날 조 바이든 미국 대통령도 백악관 발표 성명에서 "(이번 착륙은) 우주 탐험의 새로운 시대에 짜릿한 진전"이라며 "오디세우스를 성공적으로 착륙시킨 인튜이티브 머신즈 팀과 인간 우주 탐사의 미래를 만들고 있는 NASA의 파트너들을 축하한다"고 전했습니다.

'IM-1'으로 불리는 이번 미션은 NASA의 달 탐사 프로젝트 '아르테미스 미션'과 연계된 '민간 달 탑재체 수송 서비스(Commercial Luna Payload Services, CLPS)'로 달궤도 진입에 실패했던 아스트로보틱 '페레그린'에 이어 두 번째로 진행됐습니다. NASA는 과거 국가주도로 진행한 달 진출을 민간 기업과 분야를 나눠 진행하고 있습니다. 효율적으로 자본을 운영하는 것은 물론, 민간 기업의 진출로 우주 산업 시대를 본격적으로 펼쳐 나가기 위해섭니다.

역사적인 첫 민간 달 착륙 성공이지만 과정을 들여다보면 다소 의문이 남는 부분이 존재합니다.

먼저 월면 착륙시도 시간의 재설정입니다. 인튜이티브 머신즈는 자사 홈페이지를 통해 임무의 전 과정에 대한 업데이트를 했는데요. NASA의 CLPS로 진행되는 만큼 실시간 중계 일정도 이 시간과 연동돼 진행될 예정이었습니다.

홈페이지에 공지된 공식 중계 시간은 22일 14:00 CST(미국 중부표준시간)였습니다. 역사적인 순간을 함께하려는 전세계 천문학자 및 미디어 등은 공지된 시간만 기다리고 있었습니다. 그런데 30분 전 중계 시간이 2시간 뒤인 22일 16:00 CST로 변경됐습니다.

월면 착륙선의 하강 궤도 진입은 약간의 오차가 발생하면 착륙 지점이 크게 바뀔 수 있기 때문에 진입 시점은 정밀한 계산을 통해 지정됩니다. 그런데 착륙시간이 지연됐다는 것은 핀포인트 하강 궤도 진입을 하지 못했다는 것이고 2시간 가량 지연됐다는 것은 달 궤도를 한 바퀴 더 돌고 재시도를 했다는 것을 의미합니다.

이에 '궤도 진입을 위한 엔진 연소 실패', '통신 에러' 등 다양한 추측이 제기됐는데요. 약 한 달 전 아스트로보틱 '페레그린'의 달 궤도 진입 실패 사례가 있기 때문에 불안감은 더 커졌습니다.

속사정은 외신보도에서 드러납니다. 23일(현지시간) CNN의 보도에 따르면 오디세우스는 내장 항법장치가 작동하지 않아 달 착륙을 할 수 없는 상황에 처해 있었습니다. 우주 탐사에 있어서 항법장치는 단일장애지점(Single Point Failure, SPOF)에 해당됩니다. 즉 항법장치가 작동하지 않으면 기체의 위치와 고도 및 비행에 필수적인 요소를 알 수 없고 이는 미션 실패로 이어집니다.

하지만 NASA의 실험적 기기 '내비게이션 도플러 라이다(Navigation Doppler Lidar, NDL)'를 활용해 월면에 착륙할 수 있었습니다. NASA의 자료에 따르면 이 장치는 달 착륙선 내비게이션 프로그램의 백업 장치로 레이저 펄스를 발사 후 물체에서 반사돼 돌아오는 것을 수신해 물체까지의 거리를 측정하는 방식으로 기체의 고도, 속도 및 방향을 측정할 수 있습니다.

다음으로 의문이 제기된 대목은 '소프트 랜딩(연착륙)'입니다. 주로 비행기가 활주로에 부드럽게 착륙하는 것을 소프트 랜딩이라고 부르고 충격이 느껴질 정도로 거칠게 착륙하는 것을 '하드 랜딩(경착륙)'이라고 부릅니다.

이 표현은 달 착륙선에도 비슷하게 적용됩니다. NASA와 인튜이티브 머신즈에서는 오디세우스 착륙선이 소프트 랜딩을 했다고 전했습니다. 하지만 착륙 후 지구와 통신 단절이 10분 이상 진행되면서 지켜보는 사람들의 마음을 졸이게 만들었죠.

정적의 시간이 지난 후 기체에서 발신한 미세한 신호를 포착하자 중계진은 착륙에 성공했다고 공식 발표했습니다. 이를 지켜본 사람들의 관심은 달 착륙 사진으로 몰렸습니다. 정상적인 착륙을 했다면 착륙 시스템에 따라서 월면 착륙 이미지가 공개될 것이고 이는 52년 만에 달로 복귀하는 미국의 달 진출을 알리는 상징이 될 수 있습니다. 하지만 이미지는 공개되지 않았습니다. 그 이유는 무엇이었을까요.

스티브 알테머스(Steve Altemus) 인튜이티브 머신즈 대표는 달 착륙 다음날일 23일(현지시간) NASA와 공동으로 진행한 미션 브리핑에서 오디세우스가 달에서 옆으로 누워있는 상태로 추정된다고 전했습니다. 그는 "오디세우스가 착륙 지점(말라퍼트A)에서 발이 걸려 넘어졌을 수 있다"며 "착륙선의 방향이 달 표면 쪽이라고 생각한다"고 말했습니다.

그러면 태양전지는 올바로 작동했을까요? 그는 "우주선의 태양광 충전은 잘 이뤄져 100% 충전 상태"라고 설명했습니다. 이 부분에서 우리는 최근 달에 거꾸로 착륙한 일본의 'SLIM' 착륙선을 떠올리게 됩니다. 소프트 랜딩을 했지만 임팩트 당시 알 수 없는 이유로 전복돼 거꾸로 서 있게 됐지만 지구와의 통신은 가능했죠. 단 설계상 태양전지 패널이 한 방향만 바라보고 있기 때문에 기체의 충전시간과 작동시간이 극단적으로 짧아진 바 있습니다.

알테머스 대표는 교신신호가 약한 이유도 설명했습니다. 지구를 향해 고성능 안테나가 바라보고 있어야 하는데 옆으로 누워버리는 바람에 안테나가 달 표면을 향하게 되면서 그만큼 지구로 오는 신호가 약해졌습니다. 작동을 할 수 없는 정도는 아니지만 고화질의 이미지를 수신하기엔 어려운 상황이라고 전했습니다. 실제로 공식 홈페이지에서 공개된 이미지를 살펴보면 해상도가 낮은 사진들이 공개된 것을 확인할 수 있습니다.

오디세우스도 이와 같은 이유로 어렵사리 달 착륙에는 성공했지만 임무 수행에 문제가 생기지는 않을지 우려하는 시선이 생겨났습니다. 하지만 달의 남극점과 가까운 곳에 착륙한 만큼 태양광 패널을 상단부 외에도 측면부에도 부착해 여러 각도에서 태양광을 수신해 전력을 생산할 수 있었습니다. 알테머스 대표는 "우주선의 태양광 충전은 잘 이뤄져 100% 충전 상태"라며 달 탐사 임무를 진행할 수 있다고 전했습니다.

그러면 오디세우스의 달 착륙 사진을 담을 수 있을까요? 100% 장담하긴 어렵습니다. 그 이유는 오디세우스에 탑재된 이글캠(EagleCam)에 있습니다. 기체의 측면부에 탑재된 이글캠은 월면 착륙 30m 상공에서 사출돼 역사적인 달 착륙과정을 촬영할 계획이었습니다.

하지만 이 계획은 전면 수정됐습니다. 앞서 항법장치 문제로 NDL을 가동하면서 전력이 부족해 이글캠을 끌 수 밖에 없었고 예정대로 카메라를 사출하지 못해 착륙과정을 촬영하지 못했기 때문입니다. 매우 아쉬운 선택이었지만 달착륙 미션 전체와 촬영을 두고 저울질을 한 결과 어쩔 수 없었습니다.

28일 이글캠을 개발한 엠브리리들 항공대(Embry‑Riddle Aeronautical University, ERAU)는 "이후 (이글캠을) 다시 작동시켜 기체에서 약 4m 떨어진 위치에 사출했지만 Wi-Fi 연결이 현재까지 잘 안되고 있어 이를 해결하기 위해 노력하고 있다"고 밝혔습니다. 만약 이 문제가 해결된다면 달착륙 사진을 촬영할 수 있을지 모르겠습니다.

이글캠을 활용한 촬영은 불투명한 가운데 오디세우스는 어떻게 달 착륙 이미지를 촬영할까요. 현재로선 기체 내장 카메라를 활용한 셀카 촬영이 가능합니다. 이 카메라는 오디세우스의 측면부에 탑재돼 있으며 우주 비행중에도 지구와 달을 배경으로 촬영해 공개한 바 있습니다.

NASA와 인튜이티브 머신즈는 한국시각으로 29일 새벽 4시에 기자회견을 진행했는데요. 이 자리에서 월면 착륙 당시와 옆으로 기울어져 있는 상태에서 촬영한 사진 2장을 공개했습니다. 이 사진에는 기체가 왜 옆으로 누워 착륙했는지에 대한 단서가 담겨 있었습니다.

첫 번째 사진은 22일 오디세우스가 월면에 착륙하는 순간을 담은 사진으로 메인 엔진이 분사를 하면서 기체의 속도를 줄이는 가운데 기체를 지지하는 발이 월면 착륙 충격을 흡수하는 모습을 보여줍니다.

하지만 자세히 보면 기체를 지지해야 할 6개의 발 중 일부가 파손된 것을 확인할 수 있습니다. 이는 급조한 NASA의 NDL을 통해 착륙을 시도하면서 기체의 하강 속도가 충분히 줄어들지 않아 터프한 착륙을 했음을 알려줍니다. 파손된 발로 인해 똑바로 서 있어야 할 기체가 옆으로 넘어졌다고 추정할 수 있습니다.

다른 한 장의 사진은 27일(현지시간) 촬영한 사진으로 오디세우스가 월면에 옆으로 넘어진 모습을 제대로 보여줍니다. 월면이 아닌 공중에 떠 있는 발이 확인됐고 넘어져 있는 기체의 일부 모습이 보입니다. 이 사진으로 우리는 오디세우스 착륙선이 달에 누워 착륙했다는 것을 확인하게 됐습니다.

오디세우스는 달 착륙 후 7일~10일간의 탐사 가동시간을 목표로 하고 있었습니다. 달은 27일 주기로 자전을 하기 때문에 보름마다 낮과 밤이 바뀝니다. 달의 남극점도 예외가 아니죠. 하지만 옆으로 누워서 착륙하는 바람에 탐사기간은 애초 계획과 달리 5일로 단축됐습니다. 알테머스 대표는 28일(현지시간) 기자회견에서 "(오디세우스를) 슬립 상태로 놓고 향후 2~3주 안에 다시 재가동하기를 기대할 것"이라고 밝혔습니다.

이어 "태양광이 패널을 다시 비출 때, 다시 교신하는 것이 우리의 테스트 목표"라고 덧붙였습니다. 달은 대기가 없어서 밤에는 영하 200도를 넘는 극한의 추위를 견뎌야 합니다.

과연 추위로 인해 기체가 파손될지 여부가 주목되는 가운데 희망적인 소식이 들려왔습니다. 지난 27일 달의 밤을 견뎌낸 일본의 달 착륙선 'SLIM'이 다시 태양광을 받아 전력을 가동하면서 지구와 교신에 성공한 것입니다.

슬림은 내장 카메라를 활용해 주변부 월면의 모습을 추가로 촬영해 지구로 전송했습니다. 하지만 추위와는 정반대의 문제가 발생했습니다.

일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 슬림의 기체의 온도가 100도를 넘어가면서 작동에 어려움을 겪고 있다고 전했습니다.

태양이 없는 상황에서는 극한의 추위로 문제지만 태양이 떠있는 곳에서는 온도가 높아져 문제가 발생했습니다. 이에 달 표면 극한의 조건에서 슬림과 오디세우스가 잘 견뎌낼 수 있을지 관련 업계의 관심이 모이고 있습니다.

비록 착륙 단계에서 문제가 있었지만 이번 무인 달 착륙 과정은 민간 기업들의 우주산업 활용에 있어서 좋은 사례가 됐습니다.

오디세우스의 셀카 사진을 보면 의류기업 '컬럼비아(Columbia)'의 로고가 계속 보입니다. 전혀 관계가 없을 것 같은 분야의 기업이지만 컬럼비아는 오디세우스의 극저온 추진탱크에 특수 열 반사 소재 '옴니-히트 인피니티(Omni-Heat Infinity)' 필름을 코팅했습니다. 본래 NASA에서 단열 소재로 개발됐지만 컬럼비아에서 겨울철 방한 의류에 접목시켜 널리 사용됐고 다시 우주선에 사용됐습니다.

오디세우스는 달 착륙에 우여곡절을 겪었지만 컬럼비아는 광고효과를 톡톡히 봤습니다. 상당수의 사진에 컬럼비아 로고가 노출됐고 추진제의 안정적인 사용으로 단열·보온 성능을 홍보할 수 있었습니다.

컬럼비아와의 콜라보 소식은 지난해 10월 23일(현지시간) NASA 존슨 스페이스센터 공식 팟캐스트에 출연한 팀 크레인(Tim Crain) 인튜이티브 머신즈 최고 기술 책임자에 의해 공개된 바 있습니다. 당시 그는 "컬럼비아 기술진이 NASA에서 사용하는 열반사 단열 코팅에서 아이디어를 얻어 방한의류 안감에 적용해 보온성을 높이고 방한의류의 콜드 스팟을 보강했는데 그 기술을 다시 달 착륙선에 적용했다"고 설명했습니다.

앞으로 인튜이티브 머신즈는 이번 IM-1 미션에 이어 'IM-2', 'IM-3' 2번의 미션이 예정돼 있는 만큼 다른 기업들과도 적극적으로 협업에 나선다는 방침입니다.

완벽한 착륙은 아니었지만 이번 민간 달 착륙 미션의 성공으로 민간 우주산업 기술도 달에 진출할 정도로 발전했다는 것을 확인할 수 있었습니다. 상당 부분 보완과 기술의 발전을 거쳐 향후 달 진출을 계속 진행할 것으로 전망되기 때문에 우주산업의 미래는 밝다고 볼 수 있겠습니다.

우리나라도 오는 5월 우주항공청을 열고 본격적으로 우주로 진출할 예정입니다. 이미 NASA와 협력해 달 궤도에서 탐사 중인 다누리를 시작으로 한국형 달 착륙선을 개발한다는 계획도 갖춰져 있습니다. 이를 효과적으로 견인할 만한 요소는 무엇일까요. 미국의 사례처럼 '민관 시너지'가 크게 주목받고 있습니다.

일론 머스크의 스페이스X는 미국의 화물 궤도 운송을 주로 맡아 성장하고 있고 인튜이티브 머신즈, 아스트로보틱을 비롯한 여러 회사가 NASA의 CLPS프로그램으로 달 진출을 진행하고 있습니다.

한국에도 우주산업에 뛰어든 스타트업이 있습니다. 초소형 인공위성 시장을 공략중인 '페리지에어로스페이스'와 재사용 발사체 개발에 집중하는 '이노스페이스'가 그 주인공 입니다. 우주산업의 선두주자인 미국이 민관 협동으로 효율성과 성과를 모두 잡고 있는 것처럼 한국의 우주산업도 얼마만큼 민관협동을 통해 시너지를 낼 수 있을지 여부가 우주 진출 성공의 핵심이 될 것으로 보입니다.