달로 떠난 루나 트레일블레이저…달 정착을 위한 물 자원 탐사 시작

미국 항공우주국(NASA)의 소형 위성 탐사선 ‘루나 트레일블레이저(Lunar Trailblazer)’가 2월 26일(현지 시각) 스페이스X의 팰컨9(Falcon 9) 로켓을 통해 발사됐다. 향후 4~7개월간 달 궤도로 진입한 뒤, 고해상도 수분 지도 제작을 수행하게 된다. 이 데이터를 통해 달 표면의 물이 어디에 존재하며, 어떤 형태로 분포하고, 시간에 따라 어떻게 변화하는지를 분석할 계획이다. 이는 향후 유인 달 탐사 및 자원 활용 전략의 핵심이 될 것으로 예상된다.

이번 발사는 NASA의 상업적 달 착륙 서비스(CLPS, Commercial Lunar Payload Services) 이니셔티브의 일환으로 진행되었다. 같은 로켓에는 민간 우주기업 인튜이티브 머신스(Intuitive Machines)의 ‘아테나(Athena)’ 착륙선과 애스트로포지(Astropoge)의 소행성 탐사선 ‘오딘(Odin)’도 함께 실려 발사되었다. 아테나는 달 남극에 착륙하여 얼음을 직접 탐사하는 임무를 수행하며, 오딘은 소행성의 금속 조성을 분석해 향후 우주 채굴 가능성을 평가하는 임무를 맡고 있다.

NASA의 루나 트레일블레이저, 달 물의 지도를 그린다

달의 극지방에서 물이 존재할 가능성은 여러 탐사선과 관측을 통해 제기되어 왔으나, 정확한 위치와 형태, 양에 대한 데이터는 부족했다. NASA는 루나 트레일블레이저를 통해 이 미스터리를 해결하고자 한다. 이 탐사선은 달 표면에 존재하는 물의 위치, 양, 형태, 시간에 따른 변화를 상세히 분석하여 고해상도 물 지도를 제작할 예정이다.

과학자들은 이를 통해 달의 물이 단순히 극지방의 얼음 형태로 존재하는지, 아니면 표토(Regolith) 속에 화학적으로 결합된 상태인지를 규명할 계획이다. 또한, 태양풍과 우주 방사선이 물의 형성과 이동에 미치는 영향도 분석할 수 있을 것으로 기대된다.

최첨단 장비로 달 남극의 영구 음영 지역을 분석

루나 트레일블레이저는 고해상도 휘발성 및 광물 달 지도 작성기(HVM3, High-resolution Volatiles and Minerals Moon Mapper)와 달 열 지도 작성기(LTM, Lunar Thermal Mapper)라는 두 개의 핵심 장비를 탑재하고 있다.

• HVM3(적외선 분광기): 달 표면의 광물 조성과 수분의 스펙트럼 특징을 감지해 물의 위치와 형태를 정밀 분석한다.
• LTM(열 적외선 다중 스펙트럼 카메라): 같은 지역의 열적 특성을 측정하여 온도 변화에 따른 물의 이동 가능성을 분석한다.

이 장비들은 특히 달 남극의 ‘영구 음영 지역(PSRs, Permanently Shadowed Regions)’을 분석하는 데 중점을 둘 예정이다. PSRs는 수십억 년 동안 직사광선을 받지 않아 온도가 극도로 낮으며, 얼어붙은 물이 보존될 가능성이 있는 곳이다. HVM3는 태양광이 직접 닿지 않는 분화구 내부에서 반사되는 미세한 빛을 이용해 물의 존재 여부를 탐색할 수 있다. 만약 상당한 양의 얼음이 확인된다면, 이는 향후 인류가 달에서 식수와 산소, 수소연료를 자체 조달할 가능성을 열어줄 결정적 단서가 될 것이다.

소형 탐사선이지만 최적화된 궤도 설계

루나 트레일블레이저는 무게 200kg, 태양 전지판을 펼쳤을 때 폭 3.5m로 상대적으로 작은 규모의 탐사선이다. 하지만 이를 달 궤도로 효과적으로 보내기 위해 ‘저에너지 전이(Low-energy Transfer)’ 궤도를 활용한다.

이 궤도는 태양, 지구, 달의 중력을 이용해 추진력을 최소화하면서도 최종 목적지까지 도달할 수 있도록 설계된 항법 기술이다. 이를 통해 루나 트레일블레이저는 4~7개월에 걸쳐 복잡한 궤도를 따라 이동한 후, 목표 과학 임무 궤도에 안착할 예정이다.

루나 트레일블레이저와 아테나, 달 물 탐사의 두 축

루나 트레일블레이저는 달 궤도에서 정밀한 물 지도를 작성하는 역할을 수행하는 반면, 인튜이티브 머신스의 ‘아테나’ 착륙선은 달 표면에서 직접 얼음을 탐사하는 임무를 맡는다.

아테나는 3월 6일경 달 남극 근처 몽 무통(Mons Mouton)에 착륙할 예정이다. 이 지역은 얼음이 존재할 가능성이 높은 곳으로 추정되며, 아테나는 최대 1m 깊이까지 시추할 수 있는 채굴 장비와 드론형 탐사 로봇을 이용해 직접 얼음의 존재를 확인할 계획이다.

루나 트레일블레이저가 제공하는 고해상도 수분 지도를 활용하면, 아테나와 같은 착륙선이 더욱 정밀한 목표 지역을 선정할 수 있다. NASA는 이 데이터를 통해 달 남극의 얼음을 자원화할 방법을 구체적으로 연구하고, 향후 유인 탐사 계획에 적용할 예정이다.

NASA의 저비용·고위험 탐사 전략

루나 트레일블레이저는 2019년 NASA의 SIMPLEx(Small Innovative Missions for Planetary Exploration) 프로그램에 선정된 저비용 탐사선이다. 이 프로그램은 소형 우주선을 활용해 저비용으로 고위험 탐사를 수행하는 전략을 따르며, 이를 통해 기존 대형 탐사선이 수행하기 어려운 특정 연구 과제를 독립적으로 수행할 수 있다.

이와 동시에, 인튜이티브 머신스와 같은 민간 기업들도 달 탐사 및 우주 자원 활용 경쟁에 본격적으로 뛰어들고 있다. 이번 팰컨9 발사에는 NASA뿐만 아니라 소행성 채굴 가능성을 평가하는 애스트로포지의 ‘오딘’ 탐사선도 포함되었다. 이는 우주 공간에서 자원을 확보하는 상업적 시도가 본격적으로 진행되고 있음을 보여준다.

미래 달 탐사의 초석이 될 루나 트레일블레이저

NASA는 향후 아르테미스(Artemis) 프로그램을 통해 본격적인 유인 달 탐사를 진행할 예정이다.

우주 자원 활용의 시작점이 될 이번 임무는, 인류가 달을 지속적으로 탐사하고 정착하기 위한 과학적 기반을 마련하는 데 중요한 역할을 하게 될 것이다. NASA가 이번 미션을 통해 확보할 데이터는, 향후 화성이나 심우주 탐사에서 자급 가능한 자원 관리 기술로 확장될 가능성도 크다. 인류의 우주 활동이 탐사를 넘어 ‘정착’으로 가는 길목에서 이루어진 의미 있는 발걸음이 될 것이다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr