달까지 가는 방법

아폴로 11호는 1969년 7월 16일 지구를 떠났고, 승무원은 8일 뒤인 7월 24일 바다에 내려앉았습니다.

달이 있을 자리를 겨냥하기

달은 지구에서 평균 384,400 km 떨어져 있고, 자기 궤도를 따라 1초에 약 1 km씩 움직입니다. 그래서 우주선은 지금 달이 있는 쪽을 그냥 겨냥하고 출발할 수 없습니다. 약 3일 뒤 우주선이 도착할 때 달이 가 있을 자리를 겨냥해야 합니다. 아폴로 비행은 이 일을 여러 단계로 나눠서 해냈고, 지금도 달로 가는 여행은 대부분 이 단계들로 설명할 수 있습니다.

먼저 새턴 V 로켓이 우주선과 3단을 함께 지구 둘레의 낮은 대기 궤도에 올렸고, 승무원은 그 궤도에서 모든 장비를 하나하나 점검했습니다. 그다음 3단 엔진이 다시 불을 붙여 우주선의 속도를 거의 탈출 속도까지 올렸고, 그러면 우주선은 엔진을 끈 채로, 달의 중력이 붙잡아 줄 긴 길을 따라 관성으로 날아갔습니다. 달 가까이에 이르면 우주선은 자기 엔진을 켜서 속도를 줄이고, 아래로 내려앉듯 달 궤도에 들어갔습니다. 달 궤도 랑데부(lunar orbit rendezvous)라고 부르는 이 계획이 아폴로 계획 전체에서 가장 중요한 결정이었습니다. 「달」 과정에서 설명했듯이 이 우주선은 세 부분으로 이루어져 있었습니다. 첫째는 승무원이 지내는 사령선, 둘째는 엔진과 보급품을 실은 기계선, 셋째는 따로 떨어지는 착륙선입니다. 착륙선은 우주비행사 세 사람 가운데 둘을 달 표면에 내려 주고, 다시 궤도에서 기다리는 사령선까지 올려 보냈습니다.

아폴로 11호

아폴로 11호는 1969년 7월 16일 닐 암스트롱, 마이클 콜린스, 에드윈 「버즈」 올드린을 태우고 발사되었습니다. 7월 20일 암스트롱과 올드린은 착륙선 이글을 몰고 고요의 바다로 내려갔고, 그동안 콜린스는 사령선 컬럼비아를 타고 달 궤도를 돌았습니다. 두 사람이 달 위를 걷고 난 뒤 이글의 윗부분이 이륙해 컬럼비아와 다시 도킹했고, 세 승무원은 7월 24일 태평양 바다에 내려앉았습니다. 1969년부터 1972년 사이에 아폴로 임무 여섯 번이 달에 착륙했고 우주비행사 열두 명이 달을 걸었습니다. 아폴로 13호는 1970년 4월 폭발 사고가 나서 착륙하지 못하고 되돌아와야 했지만 무사히 지구로 귀환했고, 마지막으로 달에 착륙한 아폴로 17호는 1972년 12월 7일에 발사되었습니다.

그로부터 반세기가 지나 사람들은 다시 달을 향해 떠났습니다. 아르테미스 2호가 2026년 4월 1일 NASA 우주비행사 리드 와이즈먼, 빅터 글로버, 크리스티나 코크와 캐나다우주국 우주비행사 제레미 핸슨을 태우고 발사되었습니다. 이 비행은 달에 착륙하지 않고 달 둘레를 한 바퀴 돌아 나왔고, 사람이 지구에서 가장 멀리 간 거리였던 아폴로 13호의 기록을 넘어서 약 406,771 km까지 갔습니다.

지구로 돌아오는 길이 살아남기 가장 어려운 부분입니다. 달만큼 먼 곳에서 다시 떨어져 오는 우주선은 대기의 꼭대기에 닿을 때 속도가 거의 탈출 속도에 이릅니다. 에너지 보존 법칙으로 계산해 보면 높이 120 km에서 속도는 초속 약 11 km입니다. 거기서부터는 공기가 우주선의 속도를 줄여 주고, 캡슐 앞면은 열 차폐막으로 덮여 있습니다. 이 차폐막은 까맣게 타면서 조금씩 깎여 나가고, 그때 열을 함께 가지고 떨어져 나갑니다. 이때 캡슐은 딱 알맞은 각도로 공기 속에 들어가야 합니다. 너무 가파르게 들어가면 속도가 줄어드는 힘과 뜨거워지는 열이 지나치게 거세고, 너무 얕으면 대기에 맞고 다시 우주로 튕겨 나갈 수 있습니다.

한국의 다누리

한국은 로봇 탐사선으로 달에 닿았습니다. 한국항공우주연구원이 만든 678 kg짜리 궤도선 다누리(KPLO)는 한국 시간으로 2022년 8월 5일, 스페이스X의 팰컨 9 로켓에 실려 발사되었습니다. 다누리는 3일이면 가는 빠른 길 대신, 에너지가 적게 드는 저에너지 길을 택했습니다. 이 길은 약 155만 km 밖까지 크게 돌아 나갔다가, 태양과 지구와 달의 중력을 이용해 연료를 아낍니다. 그렇게 594만 km를 날아서 12월 17일에 달에 도착했고, 12월 17일, 21일, 26일 세 번 감속해 표면 위 100 km의 원 궤도에 자리 잡았습니다. 이 궤도에서 다누리는 초속 1.62 km로 약 2시간마다 한 바퀴씩 달을 돌았습니다. 한국 정부는 이로써 한국이 달을 탐사한 일곱 번째 나라가 되었다고 밝혔습니다. 다누리의 임무는 그 뒤 2027년까지 연장되었고, 더 낮은 곳을 날게 되었습니다. 먼저 고도를 낮춰 60 km 궤도를 돌았고, 지금은 표면 위 60~200 km의 타원 궤도를 돕니다(우주항공청).