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찬드라얀 2호

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목차

1. 개요

찬드라얀 2호는 2019년 인도 우주 연구 기구(ISRO)가 발사한 달 탐사선으로, 궤도선, 착륙선, 로버로 구성되었다. 2007년부터 러시아와 협력하여 개발을 시작했으나, 기술적 문제로 인해 인도가 독자적으로 개발하여 2019년 7월에 발사되었다. 궤도선은 달 궤도에 진입하여 과학적 연구를 수행했지만, 착륙선 '비크람'은 달 남극 착륙 시도 중 통신이 두절되며 경착륙에 실패했다. 로버 '프라그얀'은 착륙 실패로 인해 달 표면에서 활동하지 못했다. 찬드라얀 2호 궤도선은 달 표면 지도 제작, 광물 및 원소 분포 확인, 물(얼음) 존재 확인 등 다양한 과학적 목표를 달성했다.

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찬드라얀 2호
기본 정보
비크람 착륙선이 오비터 상단에 장착된 찬드라얀 2호
비크람 착륙선이 오비터 상단에 장착된 모습
미션 종류오비터
착륙선
로버
운영 주체ISRO
COSPAR ID2019-042A
SATCAT44441
웹사이트ISRO - 찬드라얀 2호
미션 기간오비터: ~ 7.5년 (계획)
비크람 착륙선: ≤ 14일 (계획); 0일 (착륙 실패)
프라그얀 로버: ≤ 14일 (계획); 0일 (미배치)
제조사ISRO
발사 질량합계 (습윤):
합계 (건조):
오비터 (습윤):
오비터 (건조):
비크람 착륙선 (습윤):
비크람 착륙선 (건조):
프라그얀 로버:
미션 휘장
전력오비터: 1000 와트
비크람 착륙선: 650 와트
프라그얀 로버: 50 와트
발사일2019년 7월 22일, 09:13:12 UTC
발사 로켓LVM3 M1
발사 장소사티시 다완 우주 센터 제2 발사대
발사 계약자ISRO
궤도선 정보
유형궤도선
대상달
도착일2019년 8월 20일, 03:32 UTC
궤도셀레네
착륙선 정보
유형착륙선
대상달
구성 요소로버
도착일2019년 9월 6일, 20:23 UTC
위치달 남극 근처 (예정)
Tiranga Point ((Manzinus C 및 Simpelius N 크레이터 사이)) (추락 지점)
프로그램 정보
프로그램찬드라얀 프로그램
이전 미션찬드라얀 1호
다음 미션찬드라얀 3호

2. 역사

찬드라얀 2호 임무는 2007년 11월 ISRO와 로스코스모스 간의 협력으로 시작되었다.[13][14][226] 초기 계획은 ISRO가 궤도선과 발사를 담당하고, 로스코스모스가 착륙선을 제공하는 방식이었다.[15] 인도 정부는 만모한 싱 총리 주재 하에 2008년 9월 18일 이 임무를 공식 승인했다.[16][225]

우주선 설계는 2009년 8월 완료되었으나,[17][227][228] 러시아 측의 착륙선 개발이 포보스-그룬트 탐사 임무 실패 등의 영향으로 지연되었다.[18][19][20] 러시아가 2015년까지 착륙선을 제공하기 어렵다고 통보하자, 인도는 2013년 독자적으로 임무를 추진하기로 결정했다.[18][22][230] 이로 인해 발사 일정은 여러 차례 연기되었다. (자세한 개발 과정은 개발 과정 문단을 참고하십시오.)

수차례의 연기 끝에 찬드라얀 2호는 2019년 7월 22일 LVM3 로켓으로 성공적으로 발사되었다.[38] 발사 후 지구 궤도를 돌아 달 궤도에 진입한 뒤, 2019년 9월 6일(UTC) 착륙선 '비크람'이 달 남극 착륙을 시도했다. 그러나 착륙 단계 중 고도 2.1km 상공에서 통신이 두절되었고,[39][138][145] 결국 착륙에 실패했다. ISRO는 이를 "경착륙(hard landing)"으로 확인했으며,[141] 이후 실패 원인이 소프트웨어 결함 때문이라고 분석했다. 미국 NASA의 LRO는 충돌 지점과 파편을 촬영하여 공개했다.[236][237]

비록 착륙선은 실패했지만, 궤도선은 성공적으로 달 궤도에 안착하여 임무를 수행했다. 2021년 10월에는 달 정찰 궤도선과의 충돌 가능성을 피하기 위해 충돌 회피 기동을 수행하기도 했다.[42]

찬드라얀 2호의 착륙 실패 이후, ISRO는 달 착륙 재도전을 위해 2020년 1월 1일 찬드라얀 3호 계획을 공식 발표했다.[238] 찬드라얀 3호는 2023년 7월 14일에 발사되어[242], 같은 해 8월 23일 성공적으로 달 남극에 착륙하며 인도는 달 착륙에 성공한 네 번째 국가가 되었다.[243][219]

2. 1. 개발 과정

2019년 7월 22일 14시 43분 12초(IST)에 발사된 찬드라얀 2호


찬드라얀 2호 CG도


발사 전의 찬드라얀 2호 궤도선


발사 전의 찬드라얀 2호 착륙선과 로버


2007년 11월 12일, 로스코스모스와 ISRO의 대표는 찬드라얀 1호의 후속 프로젝트인 찬드라얀 2호에 대해 양 기관이 협력하기 위한 협정에 서명했다.[13][14][226] 이 협정에 따라 ISRO는 궤도선과 로버, 그리고 GSLV를 이용한 발사를 주도하고, 로스코스모스는 착륙선을 제공하기로 했다.[15] 인도 정부는 2008년 9월 18일, 당시 총리였던 만모한 싱이 주재한 연방 내각 회의에서 이 임무를 공식 승인했다.[16][225] 우주선의 설계는 2009년 8월에 양국 과학자들의 공동 검토를 거쳐 완료되었으며,[17][227][228] 초기 계획상으로는 인도의 GSLV 발사체를 이용해 2013년 중에 발사될 예정이었다.[229]

그러나 ISRO가 예정대로 찬드라얀 2호의 탑재체를 확정했음에도 불구하고, 러시아가 착륙선을 제때 개발하지 못하면서 계획에 차질이 발생했다.[53] 2013년 1월, 임무는 2016년으로 연기되었는데,[18][19][20] 이는 2012년 러시아의 포보스-그룬트 화성 탐사 임무 실패의 영향이 컸다. 포보스-그룬트 임무에 사용된 기술 중 일부가 찬드라얀 2호의 착륙선 개발에도 적용될 예정이었기 때문에, 관련 기술적 문제에 대한 검토가 필요했고 이로 인해 개발이 지연된 것이다.[19] 또한, 로스코스모스가 제안한 변경 사항으로 인해 착륙선의 질량이 증가하면서, ISRO는 로버의 질량을 줄여야 하는 상황에 놓였다.[21][15]

결국 러시아가 기술적, 재정적 문제로 인해 수정된 기한인 2015년까지 착륙선을 제공할 수 없다고 통보하자, 인도는 2013년 8월, 찬드라얀 2호 임무를 독자적으로 추진하기로 결정했다.[18][22][230] 이 결정으로 인해 발사 시기는 다시 2016년 또는 2017년으로 변경되었다.[231] 한편, 독자 개발로 전환하면서 기존에 찬드라얀 2호 궤도선용으로 준비되었던 하드웨어 중 일부는 2013년 발사 기회가 생긴 화성 궤도선 임무에 활용되었다.[23]

독자 개발로 전환된 찬드라얀 2호의 발사는 당초 2018년 3월로 예정되었으나, 추가적인 테스트를 위해 같은 해 4월, 그리고 다시 10월로 연기되었다.[24][25] 2018년 6월 19일에 열린 프로그램의 네 번째 포괄적인 기술 검토 회의 이후, 탐사선의 구성과 착륙 시퀀스에 여러 변경 사항이 적용되었다.[26][48] 이로 인해 우주선의 총 발사 질량은 기존 3250kg에서 3850kg으로 증가했다.[27] 초기에는 개량된 GSLV Mk II[28][29]가 발사체로 선정되었으나, 우주선 질량 증가와 발사체 개량 문제[30]로 인해 더 강력한 성능의 LVM3로 발사체를 변경해야 했다.[26] 이후 테스트 과정에서 엔진 스로틀링 문제가 발견되어[31] 발사는 2019년 초로 다시 연기되었고,[32] 2019년 2월에는 테스트 중 착륙선의 다리 두 개에 경미한 손상이 발생하여 발사가 추가로 지연되었다.[33][34]

여러 차례의 연기 끝에 찬드라얀 2호의 발사는 2019년 7월 14일 21시 21분 UTC (현지 시간 2019년 7월 15일 02시 51분 IST)로 최종 결정되었다.[35] 그러나 발사 예정 시각 56분 24초를 앞두고 기술적 결함이 발견되어 발사가 다시 중단되었다.[6][36] 확인되지 않은 보고에 따르면, 발사체 극저온 상단의 헬륨 가스 병 연결부에서 누출이 발생한 것이 원인으로 추정된다.[37][122][123]

최종적으로 찬드라얀 2호는 2019년 7월 22일 09시 13분 12초 UTC (14시 43분 12초 IST)에 LVM3 M1 발사체에 실려 성공적으로 발사되었다.[38] 이는 LVM3 발사체의 첫 번째 운용 비행이었다. 발사 과정에서 극저온 상단 엔진이 예상보다 더 효율적으로 연소하여, 찬드라얀 2호는 계획했던 것보다 더 높은 원지점의 지구 중심 궤도에 진입했다. 덕분에 이후 궤도 수정 과정에서 원지점 상승 기동 중 하나를 생략할 수 있었고, 약 40kg의 연료를 절약하는 효과를 얻었다.[38][124][125][126]

3. 구성

찬드라얀 2호 미션 개요


찬드라얀 2호는 인도우주연구기구(ISRO)가 개발한 인도의 두 번째 달 탐사선으로, 달 궤도선, 착륙선 ''비크람''(Vikrama|비크라마sa, '용맹'이라는 뜻[58]), 로버 ''프라그얀''(Prajñāna|프라갸나sa, '지혜'라는 뜻[76][77])의 세 부분으로 구성된다. '찬드라얀'은 산스크리트어 및 대부분의 인도 언어로 "달 탐사선"을 의미한다.[46][47]

이 탐사선은 안드라프라데시주 스리하리코타섬에 위치한 사티시 다완 우주 센터에서 GSLV Mk III M1 로켓으로 발사되었으며, 총 이륙 질량은 3850kg이었다.[90][8][11][48] 2019년 6월 기준으로 임무에 할당된 총 비용은 97억 8천만 인도 루피(INR) (당시 약 1.41억달러)였으며, 이 중 우주 부문에 60억 루피, 발사체 비용으로 37억 5천만 루피가 포함되었다.[49][50] 발사 후, 찬드라얀 2호는 초기에 170km 원지점과 40400km 근지점을 갖는 지구 주차 궤도에 배치되었다.[51]

탐사선의 주요 구성 요소는 다음과 같다.

  • 달 궤도선: 발사 당시 질량은 약 2379kg이었다.[2][3] 달 상공 100km 고도의 극궤도에서 달을 공전하며 장기간 탐사 임무를 수행하도록 설계되었다. 총 8개의 과학 장비를 탑재하고 있다.[90][91][92]
  • 착륙선 ''비크람'': 우주선 과학자이자 인도 우주 프로그램의 창시자로 여겨지는 비크람 사랍하이(1919–1971)의 이름을 따서 명명되었다.[59] 착륙선과 로버의 총 질량은 약 1471kg이었다.[2][3] 궤도선에서 분리되어 달 남극 부근에 연착륙을 시도했으나, 하강 마지막 단계에서 통신이 두절되고 경착륙하여 실패했다.[60][61] 착륙선에는 4개의 인도 과학 장비와 NASA에서 제공한 레이저 반사경이 탑재될 예정이었다.[90][91][92][113][95]
  • 로버 ''프라그얀'': 질량 27kg의 6륜 로버로, 태양광 발전으로 작동하도록 설계되었다.[2][3] 달 표면을 이동하며 현장 분석을 수행하고 데이터를 착륙선을 통해 지구로 전송할 계획이었으나, 착륙 실패로 인해 전개되지 못했다.[53][49][54][79][80] 로버에는 2개의 과학 장비가 탑재되었다.[53]


초기에는 미국 항공우주국(NASA)과 유럽 우주국(ESA)이 궤도선에 일부 과학 장비를 제공하는 방식으로 참여할 가능성이 있었으나,[93] 최종적으로는 무게 제한 등의 이유로 대부분 인도에서 개발한 장비가 탑재되었고, NASA의 소형 레이저 반사경만 착륙선에 추가되었다.[94][112][113][95]

3. 1. 궤도선



찬드라얀 2호 궤도선은 100km 고도의 극궤도로 달을 공전하며 임무를 수행하고 있다.[52] 발사 당시 질량은 약 2379kg이었다.[2][3][53][54] 궤도선의 구조는 힌두스탄 항공에서 제작하여 2015년 6월 22일 인도우주연구기구 위성 센터에 인도되었다.[55][56] 당초 계획된 임무 기간은 1년이었으나, 정밀한 발사 및 임무 관리 덕분에 약 7.5년 동안 임무를 수행할 수 있을 것으로 예상된다.[60][99]

궤도선의 주요 제원은 다음과 같다.

구분내용
크기3.2 × 5.8 × 2.2 m [57]
총 발사 질량2379kg [90]
추진제 질량1697kg [4]
건조 질량682kg
발전 용량1000 와트[57]



찬드라얀 2호 궤도선, 페이로드와 통합을 위해 클린룸에 있음


궤도선에는 총 8개의 과학 장비가 탑재되어 있으며, 이 중 2개는 찬드라얀 1호에 탑재되었던 장비의 개선된 버전이다.[53] 각 장비의 주요 기능은 다음과 같다.[60][90][92]

  • 찬드라얀 2호 대면적 연 X선 분광기 (CLASS): U R 라오 위성 센터(ISAC)에서 개발했으며, X선 형광 스펙트럼을 사용하여 달 표면의 원소 조성을 결정한다.[96]
  • 태양 X선 모니터 (XSM): 물리 연구소(PRL)에서 개발했으며, CLASS 장치를 지원하기 위해 태양 X선 스펙트럼 및 강도를 측정하고, 태양 코로나 연구에도 활용된다.[53][97]
  • 이중 주파수 L 대역 및 S 대역 합성 개구 레이더 (DFSAR): 우주 응용 센터(SAC)에서 개발했으며, 달 표면의 처음 몇 미터(L 대역 기준 최대 5m)를 조사하여 물 얼음의 존재와 분포를 확인한다.[53][98][99][92]
  • 이미징 IR 분광기 (IIRS): SAC에서 개발했으며, 확장된 적외선 파장 범위(0.8 μm ~ 5 μm)를 이용하여 달 표면의 미네랄, 물 분자, 수산기 등을 연구한다.[53][100][99][101][102]
  • 찬드라얀 2호 대기 조성 탐사기 2 (ChACE-2): 우주 물리학 연구소(SPL)에서 개발한 사중극 질량 분석기로, 달의 희박한 외기권을 상세히 연구한다.[103][53]
  • 지형 매핑 카메라-2 (TMC-2): SAC에서 개발했으며, 달의 광물학 및 지질학 연구에 필수적인 고해상도 3차원 지도를 제작한다.[53][104]
  • 달 궤도 고감도 전리층 및 대기의 전파 해부 - 이중 주파수 전파 과학 실험 (RAMBHA-DFRS): SPL에서 개발했으며, 달 전리층의 전자 밀도를 연구한다.[105]
  • 궤도선 고해상도 카메라 (OHRC): SAC에서 개발했으며, 100km 고도에서 0.32m의 높은 공간 해상도(역대 달 탐사 임무 중 최고 수준)로 달 표면을 촬영한다. 이 카메라는 착륙선이 분리되기 전에 착륙 예정지의 안전성을 확인하고 고해상도 지형도 및 디지털 고도 모델을 생성하는 데 사용되었다.[1][52][92][106][107][108]

3. 2. 비크람 착륙선

비크람 달착륙선과 프라그얀 로버


비크람 착륙선은 1971년에 사망한 인도 우주 프로그램의 아버지 비크람 사라바이를 기리기 위해 이름 지어졌다. 찬드라얀 1호가 달에 충돌체를 보내 탐사한 것과 달리, 찬드라얀 2호의 비크람 착륙선은 달 표면에 소프트 랜딩을 시도하여 프라그얀 로버를 내려놓는 것을 목표로 했다. 착륙선과 로버의 무게는 합쳐서 1,250 kg으로 계획되었는데, 이는 아폴로 11호의 달착륙선 무게 16.4톤에 비해 상당히 가벼운 수준이다.

계획대로라면 비크람 착륙선은 2019년 9월 6일 달의 남극 부근에 착륙하여, 지구 시간으로 약 14일 동안 임무를 수행할 예정이었다.[247]

착륙선에는 총 4개의 과학 장비가 탑재되었다.[90][91][92] NASA가 제공한 레이저 반사경 배열(LRA)은 착륙선의 위치 파악 및 거리 측정을 위해 포함되었다.[112][113][95] LRA는 고다드 우주 비행 센터에서 제작되었으며, 무게는 약 22g으로 지구 기반 관측은 불가능하다.[113] 그 외 탑재된 장비는 다음과 같다.[90][92]

  • 달 지진 활동 기기 (ILSA): 착륙 지점 주변의 달 지진 활동을 연구하기 위한 MEMS 기반 지진계. LEOS 제작.[11][91][109][110]
  • 찬드라 표면 열물리 실험 (ChaSTE): 달 표면의 열적 특성을 측정하기 위한 열 탐침. SPL, 비크람 사라바이 우주 센터(VSSC), 물리 연구소(PRL) 공동 개발.[11][111]
  • RAMBHA-LP: 달 표면 플라스마의 밀도와 변화를 측정하기 위한 랑뮈어 탐침. SPL, VSSC 제작.[11][91]


''비크람'' 착륙선 충돌 지점 주변의 분출 지형


충돌 지점 전후 이미지


충돌 지점 전후 이미지


2019년 9월 6일 20시 08분 03초(UTC), 비크람 착륙선은 달 착륙을 위한 동력 하강을 시작했다. 착륙은 약 20시 23분(UTC)에 이루어질 예정이었으며, 모든 과정은 착륙선에 탑재된 컴퓨터에 의해 자율적으로 수행되었다.[135] 초기 하강은 계획대로 진행되었으나, 달 표면 상공 약 2.1km 지점에서 착륙선의 궤도가 예정 경로를 벗어나기 시작했다.[136][137] 최종 수신된 원격 측정 데이터에 따르면, 착륙선은 표면 330m 상공에서 58 m/s의 수직 속도를 보였는데, 이는 연착륙에 필요한 속도(2 m/s)를 크게 초과하는 것이었다.[138][139][140] 직후 지구와의 교신이 두절되었다.

ISRO는 초기에 착륙선이 경착륙(hard landing)했다고 발표했으며,[141][142][143] 이는 인도가 미국, 러시아, 중국에 이어 네 번째로 달 착륙에 성공하려던 시도가 실패했음을 의미했다. 이 실패로 인해 로버를 이용한 달 표면 탐사 작업은 수행할 수 없게 되었다. 네덜란드 전파 천문학 연구소의 전파 망원경 데이터 분석 결과, 신호 손실은 착륙선이 약 50 m/s의 속도로 달 표면에 충돌하면서 발생한 것으로 추정되었다.[90][145] NASA의 달 정찰 궤도선(LRO)은 착륙 시도 중 착륙선 엔진에서 배출된 가스로 인한 달 외기권의 변화를 관측하기도 했다.[146]

ISRO는 실패 원인 분석 위원회를 구성하여 조사를 진행했고, 2019년 11월 16일 소프트웨어 결함이 추락의 원인이라고 결론 내렸다.[156] 보고서에 따르면, 하강 1단계(고도 30km ~ 7.4km)는 정상적으로 수행되었으나, 이후 단계에서 주 엔진 추력이 예상보다 높게 측정되면서 착륙선이 과도하게 감속했다. 이로 인해 항법 오류가 누적되었고, 내장된 안전 제한 기능과 소프트웨어 오류, 비행 시간 계산 오류 등이 복합적으로 작용하여 착륙선이 빠른 속도(수평 48 m/s, 수직 50 m/s)로 하강하며 결국 경착륙하게 되었다.[158][159][160][215]

착륙 실패 후, ISRO와 NASA는 달의 밤이 시작되기 전까지 약 2주간 착륙선과의 통신 복구를 시도했으나 실패했다.[108][148] NASA의 LRO는 여러 차례 착륙 예정 지점 상공을 비행하며 착륙선을 찾으려 시도했다.[107][151][154] 마침내 2019년 12월, 첸나이 출신의 인도 자원봉사자 Shanmuga Subramanian이 NASA가 공개한 LRO 이미지를 분석하여 착륙선의 잔해를 발견했고, LROC 팀은 이를 통해 충돌 지점을 달 남위 70.8810°, 동경 22.7840° 지점으로 최종 확인했다.[165][166] 착륙선은 충돌로 인해 파괴되었으며, 잔해는 수 킬로미터에 걸쳐 흩어져 있었다.[168][166] 이 충돌 지점은 이후 찬드라얀 3호 착륙 성공 후 '티랑가 포인트(Tiranga Point)'로 명명되었다.[169]

3. 3. 프라그얀 로버

찬드라얀 2호 미션의 ''프라그얀'' 로버


미션의 로버는 '''프라그얀'''(Prajñāna|프라갸나sa, '지혜'라는 뜻[76][77])으로 명명되었다. 질량은 27kg이며, 태양광 발전으로 작동하도록 설계되었다.[2][3] 프라그얀은 6개의 바퀴로 움직이며, 초당 1cm의 속도로 달 표면을 최대 500m까지 이동하며 현장 분석을 수행하고, 분석된 데이터를 착륙선으로 전송하면 착륙선이 이를 지구의 미션 통제 센터로 중계할 예정이었다.[53][49][54][79][80]

로버의 주요 제원은 다음과 같다.

  • 크기: 0.9 × 0.75 × 0.85 m [57]
  • 전력: 50 와트 [57]
  • 이동 속도: 초당 1cm
  • 예상 임무 기간: 약 14 지구일 (1 달의 날) [247]


프라그얀 로버의 항해 시스템은 다음과 같이 계획되었다.

  • 스테레오 카메라 기반 3D 비전: 로버 전면에 2개의 1 메가픽셀 흑백 항법 카메라가 장착되어, 지상 통제팀에게 주변 지형의 3D 시야를 제공하고 지형의 디지털 고도 모델 생성을 통해 경로 계획을 지원한다.[81] 인도 공과대학교 칸푸르는 로버의 빛 기반 지도 생성 및 동작 계획을 위한 하위 시스템 개발에 기여했다.[82]
  • 제어 및 모터 역학: 로버는 로커-보기 서스펜션 시스템과 6개의 바퀴를 갖추고 있으며, 각 바퀴는 독립적인 브러시리스 DC 전동기로 구동된다. 조향은 바퀴의 속도를 다르게 하거나 스키드 조향 방식으로 이루어진다.[83]


프라그얀 로버의 예상 작동 시간은 1 달의 날(약 14 지구일)이었다. 이는 로버의 전자 장치가 혹독한 달의 밤 기온을 견디도록 설계되지 않았기 때문이다. 그러나 전력 시스템에는 태양광을 이용한 수면/기상 주기가 구현되어 있어, 계획보다 더 긴 서비스 시간을 가질 가능성도 있었다.[84][85] 로버의 후방 바퀴 두 개에는 ISRO 로고와 인도 문장이 새겨져 있어, 달 표면에 패턴화된 바퀴 자국을 남기도록 설계되었다.[86][87]

프라그얀 로버는 착륙 지점 근처의 원소 존재비를 확인하기 위해 두 가지 과학 장비를 탑재했다.[90][92]

그러나 2019년 9월 7일, 모선인 비크람 달착륙선이 달 남극 표면에 착륙을 시도하던 중 지상 2km 상공에서 교신이 두절되었고, 이후 경착륙한 것으로 확인되었다. 이로 인해 프라그얀 로버는 달 표면에 전개되지 못했고, 계획된 탐사 임무를 수행할 수 없게 되었다.

4. 과학적 목표 및 성과



찬드라얀 2호의 주요 목표는 소프트 랜딩 기술을 입증하고 달 표면에서 로버를 운용하는 것이었으며, 궤도선을 통해 달의 지형, 광물, 원소 분포, 물(얼음) 존재 등을 과학적으로 탐사하는 것이었다.[43][44][45] 상세한 과학적 목표와 주요 성과는 하위 문단에서 다룬다.

인도우주연구기구(ISRO)는 궤도선에 8개, 착륙선에 4개,[90][91][92] 로버에 2개의 과학 장비를 선정했다.[53] 초기에는 미국 항공우주국(NASA)과 유럽 우주국(ESA)이 일부 장비를 제공하며 참여할 예정이었으나,[93] ISRO는 2010년 무게 제한을 이유로 외국 탑재체를 싣지 않기로 결정했다.[94] 그러나 발사 한 달 전, NASA와의 협약을 통해 NASA의 소형 레이저 반사경을 착륙선에 탑재하여 위성과 달 표면 사이의 거리를 정밀하게 측정하기로 했다.[112][113][95]

4. 1. 과학적 목표

찬드라얀 2호 착륙선(''비크람'')의 주요 목표는 소프트 랜딩 능력을 입증하고 달 표면에서 로봇 로버(''프라그얀'')를 작동시키는 것이었다.[43][44]

궤도선의 과학적 목표는 다음과 같다.

  • 달 지형, 광물학, 원소 풍부도, 달 외기권, 수산기 및 얼음 물의 흔적을 연구한다.[43][44]
  • 달 남극 지역의 얼음 물과 표면의 달 레골리스 두께를 연구한다.[45]
  • 달 표면을 지도화하고 3D 지도를 준비하는 데 도움을 준다.


궤도선에 탑재된 각 과학 장비의 구체적인 목표는 다음과 같다.[60][90][92]

  • 찬드라얀 2호 대면적 연 X선 분광기 (CLASS): U R 라오 위성 센터(ISAC)에서 개발했으며, X선 형광 스펙트럼을 사용하여 달 표면의 원소 조성을 결정한다.[96]
  • 태양 X선 모니터 (XSM): 물리 연구소(PRL)에서 개발했으며, CLASS 장치를 지원하기 위해 태양 X선 스펙트럼 및 강도 측정을 제공하고, 태양 코로나에서 발생하는 다양한 고에너지 과정을 연구한다.[53][97]
  • 이중 주파수 L 대역 및 S 대역 합성 개구 레이더 (DFSAR): 우주 응용 센터(SAC)에서 개발했으며, 달 표면의 처음 몇 미터(최대 5m 깊이[99][92])를 조사하여 물 얼음의 존재와 분포를 확인한다.[53][98]
  • 이미징 IR 분광기 (IIRS): SAC에서 개발했으며, 확장된 스펙트럼 범위(0.8 μm ~ 5 μm)를 이용하여 달 표면을 매핑하고 미네랄, 물 분자 및 수산기를 연구한다.[53][100][99][101][102]
  • 찬드라얀 2호 대기 조성 탐사기 2 (ChACE-2): 우주 물리학 연구소(SPL)에서 개발한 사중극 질량 분석기로, 달 외기권에 대한 상세한 연구를 수행한다.[53][103]
  • 지형 매핑 카메라-2 (TMC-2): SAC에서 개발했으며, 달의 광물학 및 지질학 연구에 필수적인 3차원 지도를 준비한다.[53][104]
  • 달 궤도 고감도 전리층 및 대기의 전파 해부 - 이중 주파수 전파 과학 실험 (RAMBHA-DFRS): SPL에서 개발했으며, 달 전리층의 전자 밀도를 연구한다.[105]
  • 궤도 고해상도 카메라 (OHRC): SAC에서 개발했으며, 착륙 전에 위험이 없는 지점을 찾고 달 표면의 고해상도 지형도 및 디지털 고도 모델을 준비한다. 100km 극궤도에서 0.32m의 공간 해상도를 가지며, 이는 당시까지의 모든 달 궤도선 임무 중 최고의 해상도였다.[92][106][107][108]

4. 2. 주요 성과 (궤도선)

궤도선은 현재도 활동 중이며, 여러 과학적 성과를 거두었다.

  • 달 표면 지도 작성 및 지형 연구:
  • 궤도선 고해상도 카메라(OHRC): 100km 고도에서 초기 0.32m, 이후 25cm의 높은 공간 해상도(이는 당시까지의 모든 달 탐사 임무 중 최고 수준이었다[92][106][107][108])로 달 표면의 상세한 지형도 및 디지털 고도 모델을 작성하여 지형 연구에 기여했다. 착륙 지점의 안전성을 평가하는 데에도 활용되었다.[92][106][107][108]
  • 지형 매핑 카메라-2(TMC-2): 달의 3차원 지도를 제작하여 광물학 및 지질학 연구에 필수적인 데이터를 제공했으며,[53][104] 달 지각 단축에 대한 흥미로운 지질학적 징후와 화산 돔을 식별하는 성과를 거두었다.

  • 광물 및 원소 분포 확인:
  • 찬드라얀 2호 대면적 연 X선 분광기(CLASS): X선 형광 스펙트럼 분석을 통해 달 표면의 마그네슘, 알루미늄, 규소, 칼슘, 티타늄, 철 등 주요 원소의 존재와 분포를 확인하고 지도화했다.[96] 특히, 이전 탐사에서 확인되지 않았던 크롬과 망간과 같은 미량 원소를 처음으로 조사하고 감지하여, 달의 마그마 진화 및 성운 조건에 대한 이해를 넓히는 데 기여했다. 또한, 달 표면에서 다량의 나트륨을 발견하고 지도화하여 달의 나트륨 꼬리 연구에 중요한 데이터를 제공했다.[120][121] 나트륨 원자는 광자 자극 탈착, 태양풍 스퍼터링, 운석 충돌 등으로 표면에서 방출되어 태양 복사압에 의해 반태양 방향으로 긴 꼬리를 형성하는 것으로 밝혀졌다.[121]
  • 태양 X선 모니터(XSM): 태양에서 방출되는 X선의 스펙트럼과 강도를 측정하여 CLASS 장비의 분석 정확도를 높이는 데 기여했으며, 태양 코로나에서 발생하는 다양한 고에너지 현상 연구에도 활용되었다.[53][97] 태양의 활성 영역 외부에서 처음으로 대량의 미세 플레어를 관찰하는 성과도 거두었다.

  • 물(얼음) 및 수산기 존재 확인:
  • 이미징 IR 분광기(IIRS): 0.8 μm에서 5 μm까지 확장된 적외선 파장 범위를 이용하여 달 표면의 광물, 물 분자(H2O) 및 수산기(OH)의 존재를 확인하고 분포를 연구했다.[53][100] 이전 탐사선 장비보다 넓은 파장 범위를 통해[99][101][102] 물 분자와 수산기를 명확하게 구별해냈으며, 북위 29도에서 62도 사이 위도에서 이 두 분자의 존재를 감지했다. 특히 햇빛이 비치는 지역에서 더 높은 농도로 존재하는 것을 관찰했다.
  • 이중 주파수 L 및 S 대역 합성 개구 레이더(DFSAR): 두 가지 주파수의 레이더를 사용하여 달 표면 아래 최대 5m (L 대역 기준) 깊이까지 탐사했다.[53][98][99][92] 이를 통해 달의 영구 음영 지역 등에서 지하 얼음의 존재 가능성을 시사하는 흔적을 감지했으며, 극지방의 달 지형 특징을 고해상도로 지도화했다.

  • 달 외기권 및 전리층 연구:
  • 찬드라얀 2호 대기 조성 탐사기 2(ChACE-2): 사중극 질량 분석기를 이용하여 달의 매우 희박한 외기권의 조성을 상세히 연구했다.[53] 특히 아르곤-40 가스의 분포를 측정하여 상당한 공간적 불균일성을 확인했다. NASA의 LADEE 탐사선이 적도 지역에서 아르곤을 감지한 바 있으나, ChACE-2는 그 외 지역에서도 아르곤을 처음으로 감지했으며, KREEP (칼륨(K), 희토류 원소, 인(P)) 지형과 남극 에이트켄 분지 등 특정 지역에서 아르곤 농도가 국지적으로 증가하는 '아르곤 팽윤' 현상을 발견했다.
  • 달 궤도 고감도 전리층 및 대기의 전파 해부 - 이중 주파수 전파 과학 실험(RAMBHA-DFRS): 달 전리층의 전자 밀도를 연구했다.[105] 달 전리층은 희박한 외기권의 중성 기체가 태양 빛에 의해 이온화되어 생성되는데, 실험 결과 달의 후면(밤 영역) 전리층의 플라스마 밀도가 104 cm-3 수준으로, 주간 측보다 최소 한 자릿수 이상 높다는 사실을 밝혀냈다.

5. 착륙 시도 실패 및 원인 분석



비크람 착륙선은 2019년 9월 6일 20:08 UTC에 달 표면을 향한 동력 하강을 시작했으며, 약 15분 후인 20:23 UTC에 달 남극 부근에 연착륙할 예정이었다.[135] 착륙 과정은 착륙선에 탑재된 컴퓨터가 자율적으로 수행하도록 설계되었다.[135]

초기 하강 단계는 계획대로 진행되었으나, 착륙선은 달 표면 상공 약 2.1km 지점에서 예정된 궤도를 벗어나기 시작했다.[136][137] 착륙 예정 시각 직후, ISRO는 착륙선과의 통신이 두절되었음을 발표했다.[138][145] ISRO의 생방송 중 마지막으로 수신된 원격 측정 데이터에 따르면, 착륙선은 고도 330m에서 초속 58m의 수직 속도를 가지고 있었는데, 이는 안전한 착륙 속도인 초속 2m보다 훨씬 빠른 속도였다.[138][139][140][90]

ISRO 의장 K. 시반은 착륙선이 "경착륙(hard landing)했음에 틀림없다"고 발표하며 사실상 실패를 인정했다.[141][142][143] 당시 총리였던 나렌드라 모디 역시 "과학에는 실패란 없다"고 말하며 실패를 기정사실화했다.[233] 이후 ISRO와 NASA는 달의 밤이 오기 전까지 약 2주간 착륙선과의 통신 복구를 시도했으나 성공하지 못했다.[108][148]

ISRO는 실패 원인을 분석하기 위해 수석 과학자 Prem Shanker Goel을 위원장으로 하는 실패 분석 위원회를 구성했다.[147] 위원회는 2019년 11월, 착륙 실패의 원인이 소프트웨어 결함이라고 결론 내렸다.[156] 세부 분석에 따르면, 하강 중 특정 단계에서 발생한 추력 제어 문제와 항법 오류 등이 복합적으로 작용하여 최종적으로 착륙선이 통제 불능 상태에 빠져 빠른 속도로 달 표면에 충돌한 것으로 밝혀졌다.[157][66][158][159][160][215][161] 그러나 ISRO는 실패 분석 위원회의 전체 보고서를 공개하지 않아 투명성에 대한 의문이 제기되기도 했다.[41][162][163][164]

착륙선의 최종 위치와 상태는 NASA의 달 정찰 궤도선(LRO)이 촬영한 이미지를 통해 확인되었다. 첸나이 출신의 인도 자원봉사자 Shanmuga Subramanian이 LRO 이미지를 분석하여 착륙선의 잔해를 발견하는 데 기여했다.[165][166] LRO 이미지 분석 결과, 비크람 착륙선은 목표 착륙 지점에서 약 600m 떨어진 지점(남위 70.8810도, 동경 22.7840도)에 충돌하여 파괴되었으며, 그 잔해가 1km 이상 넓은 범위에 걸쳐 20여 곳 이상 흩어져 있는 것으로 확인되었다.[167][168][166] 이 충돌 지점은 훗날 찬드라얀 3호의 성공적인 착륙 이후 Tiranga Point로 명명되었다.[169]

5. 1. 실패 원인 상세 분석

2019년 9월 7일, 비크람 달착륙선이 달 남극 표면에 착륙을 시도하던 중, 지상 2km 상공에서 지구와 교신이 두절되었다. 하루 뒤 달 표면에서 발견되었으며, ISRO는 경착륙했다고 발표했다. 미국, 러시아, 중국에 이어 네 번째로 달 착륙에 도전했으나, 이번 실패로 달 지표면 탐사 작업은 수행할 수 없게 되었다.

6. 실패 이후

2019년 9월 7일, 비크람 달착륙선이 달 남극 표면에 착륙을 시도하던 중, 고도 2.1km 상공에서 지구와의 교신이 두절되었다.[39][138][145] 하루 뒤 달 표면에서 발견되었으며, ISRO는 초기에 경착륙 가능성을 언급했다.[141] 이는 미국, 러시아, 중국에 이어 네 번째로 달 착륙에 도전한 것이었으나, 착륙 실패로 달 표면 탐사 임무는 수행할 수 없게 되었다. 이후 NASA는 달 정찰 궤도선(LRO)을 통해 비크람 착륙선이 달 남극에서 약 600km 떨어진 고지대에 충돌하여 여러 파편으로 흩어진 것을 확인하고 위성 사진을 공개했다.[236][237] 실패 분석 위원회는 충돌 원인이 소프트웨어 결함이라고 결론지었으나, ISRO는 이전과는 달리 실패 분석 보고서를 공개하지 않았다.[41]

착륙 실패에도 불구하고, 8개의 과학 장비를 탑재한 찬드라얀 2호 궤도선은 정상적으로 작동하여 7년간의 달 탐사 임무를 계속 수행하고 있다.[137] 이 궤도선은 2021년 10월 달 정찰 궤도선과의 충돌 가능성을 피하기 위해 충돌 회피 기동을 수행했으며,[42] 2024년 5월에는 대규모 태양 플레어 발생 시 엑스포샛(XPoSat) 및 아디티야-L1과 함께 태양 관측에 참여하기도 했다.[189] 또한, 궤도선은 이후 발사된 찬드라얀 3호 착륙 임무에서 통신 중계 역할을 수행했다.

착륙선 충돌 사고 이후 인도 국내외에서 ISRO에 대한 지지가 이어졌지만, 주요 인도 언론과 전문가들은 착륙 실패 원인 분석 과정과 정보 공개에 있어 ISRO의 투명성이 부족하다고 비판했다.[190][191] 실패 분석 보고서 미공개[41], 정보공개법(RTI)에 따른 정보 공개 요청 거부[192], 충돌 상황 설명의 일관성 부족[193] 등이 지적되었다. 일부 전직 ISRO 직원들은 당시 K. 시반 의장의 리더십과 조직 문화에 대한 비판을 제기하기도 했다.[194][195][196] K. 시반의 후임인 S. 소마나트 ISRO 의장 역시 착륙 실패에 대한 투명성 부족과 오해의 소지가 있는 설명에 대해 유감을 표명했다.[197][198][199] 나렌드라 모디 총리는 "과학에는 실패란 없다"고 말하며 연구진을 격려했지만, 이는 사실상 실패를 인정한 것으로 받아들여졌다.[233]

ISRO는 2019년 11월, 새로운 달 착륙 임무인 찬드라얀 3호 계획을 공식 발표했다.[208] 이는 달 착륙 기술을 확보하기 위한 재시도이자, JAXA와 협력하는 달 극지 탐사 임무(LUPEX)를 위한 사전 단계의 성격을 가졌다.[209][210] 찬드라얀 3호는 궤도선 없이 착륙선과 로버, 그리고 통신 중계 및 추진 기능을 담당하는 추진 모듈로 구성되었다.[211][212][213][214] 초기 자금으로 7.5억인도 루피가 요청되었으며, 이 중 6억인도 루피는 기계 및 장비 구입, 나머지 1.5억인도 루피는 경상 지출로 계획되었다.[217] 총 프로젝트 비용은 약 61.5억인도 루피로 추산되었다.[218] 몇 차례의 발사 연기 끝에 찬드라얀 3호는 2023년 7월 14일에 발사되었고,[242] 동년 8월 23일 성공적으로 달 남극 근처에 연착륙하여 인도를 세계 네 번째 달 착륙 성공 국가로 만들었다.[219][243]

7. 대한민국에 미친 영향



인도의 찬드라얀 2호 임무의 일부였던 비크람 달착륙선은 2019년 9월 7일, 달 남극 표면에 소프트 랜딩을 시도했다. 그러나 착륙 과정 중 지상 2km 상공에서 지구와의 교신이 두절되었다.[247] 이후 ISRO는 비크람 착륙선이 달 표면에 경착륙했다고 발표했다. 이로 인해 미국, 러시아, 중국에 이어 네 번째로 달 착륙을 시도했던 인도의 도전은 착륙선 및 로버를 이용한 달 표면 탐사 임무를 수행하지 못하게 되었다.

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