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창어 3호

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목차

1. 개요

창어 3호는 2013년 12월 중국이 발사한 달 탐사선으로, 중국의 달 탐사 프로그램의 일환이다. 창어 1호와 창어 2호의 뒤를 이어, 중국 최초의 달 착륙과 탐사 로버 운용을 목표로 했다. 착륙선과 탐사 로버 '옥토끼'로 구성되어, 달 표면 지형 및 지질 조사, 물질 구성 및 자원 조사, 우주 환경 감지, 천문 관측 등의 과학적 목표를 수행했다. 창어 3호는 달 표면에 연착륙에 성공했으며, 옥토끼 로버는 2016년까지 운용되었다.

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창어 3호
지도 정보
기본 정보
창어 3호 착륙선
위투 로버
임무 유형착륙선 및 로버
운영 주체CNSA
COSPAR ID2013-070A
SATCAT39458
임무 기간착륙선: 1년 (계획)
현재: 2013년 12월 14일 13시 11분부터 10년 4개월 27일
로버: 3개월 (계획)
최종: 2013년 12월 14일 13시 11분부터 2년 7개월 17일
제작사중국항천과학기술공사 (CAST)
발사 질량3780 kg
착륙 질량1200 kg
로버: 140 kg
로버 크기길이 1.5m, 높이 1.0m
발사 정보
발사일2013년 12월 1일 17시 30분 7초 (UTC)
발사 로켓창정 3B Y-23
발사 장소시창 LC-2
착륙 정보
착륙일2013년 12월 14일 13시 11분 7초 (UTC)
착륙 위치임브리움 해
로버 이동 거리114.8 m
임무 정보
이전 임무창어 2호
다음 임무창어 5호 T1
프로그램중국 달 탐사 계획
이전 임무2창어 2호
다음 임무2창어 4호
프로그램2창어 탐사선

2. 역사적 배경

중국의 달 탐사 프로그램은 2004년에 공식적으로 시작되었으며, 점진적인 기술 발전 단계를 거쳐 진행되고 있다.[18]

중국의 첫 번째 달 궤도선인 창어 1호는 2007년 10월 24일 시창 위성 발사센터에서 발사되었고,[19] 11월 5일 달 궤도에 진입했다.[20] 이 우주선은 2009년 3월 1일까지 운영되다가 의도적으로 달 표면에 충돌했다.[21] 창어 1호가 수집한 데이터는 정확하고 고해상도의 달 표면 전체 3D 지도를 만드는 데 사용되어 창어 3호 착륙선의 착륙 지점 선정에 도움이 되었다.[22][23]

창어 1호의 후속 기종인 창어 2호는 2008년 10월에 승인되었고,[1] 2010년 10월 1일 발사되었다.[24] 창어 2호는 창어 1호와 디자인이 유사하지만 향상된 장비를 갖추고 있으며, 창어 3호 임무 계획을 지원하기 위해 더 높은 해상도의 달 표면 영상을 제공했다. 2012년, 창어 2호는 투타티스 소행성으로 확장 임무를 수행하도록 파견되었다.[25]

2. 1. 초기 궤도 탐사

중국의 달 궤도선 프로젝트는 2004년 1월에 공식적으로 설립되었다.[18] 창어 1호는 2007년 10월 24일 시창 위성 발사센터에서 발사되어[19] 11월 5일 달 궤도에 진입했다.[20] 2009년 3월 1일까지 운영되다가 의도적으로 달 표면에 충돌했다.[21] 창어 1호가 수집한 데이터는 정확하고 고해상도의 달 표면 전체 3D 지도를 만드는 데 사용되었으며,[22][23] 이는 창어 3호 착륙선의 착륙 지점 선정에 도움이 되었다.

창어 2호는 2008년 10월에 승인되었고[1] 2010년 10월 1일에 발사되었다.[24] 창어 2호는 창어 1호와 디자인이 유사하지만 향상된 장비를 갖추고 있으며, 창어 3호 임무 계획을 지원하기 위해 더 높은 해상도의 달 표면 영상을 제공했다. 창어 2호는 2013년 창어 3호의 연착륙 준비를 위해 고도 100km의 달 궤도에서 연구를 수행했다.[24] 2012년에는 투타티스 소행성으로 확장 임무를 수행하도록 파견되었다.[25]

2. 2. 착륙 및 탐사 단계

2004년 1월, 중국의 달 궤도선 프로젝트가 공식적으로 설립되었다.[18] 중국의 첫 번째 달 궤도선인 창어 1호는 2007년 10월 24일 시창 위성 발사센터에서 발사되었고[19] 11월 5일 달 궤도에 진입했다.[20] 이 우주선은 2009년 3월 1일까지 운영되다가 의도적으로 달 표면에 충돌했다.[21] 창어 1호가 수집한 데이터는 정확하고 고해상도의 달 표면 전체 3D 지도를 만드는 데 사용되어 창어 3호 착륙선의 착륙 지점 선정에 도움이 되었다.[22][23]

창어 2호는 2008년 10월에 승인되었고[1] 2010년 10월 1일 창어 3호의 2013년 연착륙 준비를 위해 고도 100km의 달 궤도에서 연구를 수행하기 위해 발사되었다.[24] 창어 2호는 창어 1호와 디자인이 유사하지만 향상된 장비를 갖추고 있으며, 창어 3호 임무 계획을 지원하기 위해 더 높은 해상도의 달 표면 영상을 제공했다. 2012년, 창어 2호는 투타티스 소행성으로 확장 임무를 수행하도록 파견되었다.[25]

창어 3호는 2013년 12월 2일 1시 30분 (CST) 창정 3B 로켓에 의해 발사되어,[91] 19분 후 로켓으로부터 분리되어 달로 이동하는 궤도에 진입했다. 같은 해 12월 6일 17시 53분 (CST) 달 궤도에 진입하였고, 12월 14일 21시 11분 (CST) 달에 연착륙했다.[92][93] 착륙 지점은 계획했던 비의 바다가 아닌, 약간 동쪽으로 치우친 폭풍의 바다 북서부였다. 12월 15일 4시 35분 (CST)에는 토끼호(玉兎号)를 발진시켰다.

2014년 1월 15일, 토끼호(玉兎号)의 모터 유닛 고장으로 주행 불능 상태가 되었으나,[94] 통신 및 데이터 송신 기능은 복구되었다. 2016년 8월 3일, 토끼호(玉兎号)는 작동 중지되었으며,[95] 작동 시간은 설계 수명보다 19개월을 초과한 972일에 달했다.

2. 3. 시료 채취 및 귀환 단계

2. 4. 미래 계획

3. 임무 목표

공식 임무 목표는 중국의 최초 달 착륙 및 탐사 로버 운용 성공과 미래 임무를 위한 핵심 기술의 시연 및 개발이다.[26][27][28]

창어 3호의 과학적 목표는 다음과 같다.[1]


  • 달 표면 지형 및 지질 조사
  • 달 표면 물질 구성 및 자원 조사
  • 지구-달-태양 우주 환경 감지
  • 달 기반 천문 관측


창어 3호는 최대 30m 깊이까지 달 표면 토양의 구조와 깊이를 직접 측정하고, 수백 미터 깊이까지 달 지각 구조를 조사하려 한다.[29]

중국 달 탐사 프로그램은 다음과 같은 세 가지 주요 운영 단계로 나뉜다.[1]

3. 1. 과학적 목표

창어 3호의 과학적 목표는 다음과 같다.[1]

  • 달 표면 지형 및 지질 조사
  • 달 표면 물질 구성 및 자원 조사
  • 지구-달-태양 우주 환경 감지
  • 달 기반 천문 관측


창어 3호는 최대 30m 깊이까지 달 표면 토양의 구조와 깊이를 직접 측정하고, 수백 미터 깊이까지 달 지각 구조를 조사하려 한다.[29]

4. 임무 프로필

창정 3B 로켓에 의해 2013년 12월 2일 1시 30분 (CST)에 발사되어,[91] 19분 후 로켓으로부터 분리되어 달로 이동하는 궤도에 진입했다. 2013년 12월 6일 17시 53분 (CST)에는 달 궤도에 진입했다.[91] 2013년 12월 14일 21시 11분 (CST)에는 달에 연착륙했다.[92][93] 착륙 지점은 계획했던 비의 바다가 아닌, 약간 동쪽으로 치우친 폭풍의 바다 북서부였다.[92][93]

2013년 12월 15일 4시 35분 (CST), 토끼호(玉兎号)가 발진했다.[93] 2014년 1월 15일, 토끼호(玉兎号)의 모터 유닛 고장으로 주행 불능 상태가 되었다.[94] 하지만 이동 불능이 된 것뿐이고, 통신 및 데이터 송신 기능은 나중에 복구되었다. 2016년 8월 3일, 토끼호(玉兎号)는 작동을 중지했다.[95] 작동 시간은 설계 수명보다 19개월을 초과한 972일에 달했다.[95] 창어 3호 측의 관측은 계속되었다.

4. 1. 발사

창어 3호는 2013년 12월 1일 17시 30분 UTC(현지 시각 12월 2일 1시 30분)에 쓰촨성 서남부에 위치한 시창 위성 발사센터의 발사장 2에서 장정 3호 B 로켓에 실려 발사되었다.[30] 발사 당시 로켓의 잔해 및 책상 크기의 파편이 인근 후난성 수이닝 현 마을에 떨어지면서 가옥들이 손상되었다.[1] 현 당국은 발사 전 16만 명을 안전한 곳으로 대피시켰으며, 쓰촨성 발사 현장 근처의 2만 명 이상의 주민들도 초등학교 강당으로 대피했다.[1]

4. 2. 착륙

창어 3호는 2013년 12월 14일 13시 11분(UTC)에 달 표면에 착륙했다.[10][27][36] 당초 비의 바다에 착륙할 계획이었으나,[32] 실제로는 폭풍의 바다 북서부, 라플라스 F 크레이터 남쪽 약 40km 지점(북위 44.1214°, 서경 19.5116°, 고도 2640m)에 착륙했다.[33][34][35]

착륙 과정은 약 12분 동안 진행되었다. 12월 6일 달 궤도에 진입한 후,[31] 고도 100km에서 엔진을 분사하여 속도를 줄였고, 15km × 100km의 타원 궤도를 거쳐 최종적으로 달 표면 100m 상공까지 하강했다. 이후 자체 유도 시스템을 이용해 장애물을 회피하며 수평 이동 후, 지상 4m에서 엔진을 정지하고 자유낙하하여 연착륙에 성공했다.

착륙선은 적도 부근 폭풍의 바다 지역에 착륙하여 3개월 동안 과학 관측을 수행할 예정이었다.[77] 무게는 약 1,200kg이며, 플루토늄 238의 붕괴열을 이용하는 방사성동위원소 열전변환기(RTG)를 탑재하여 달의 밤 기간에도 활동할 수 있도록 설계되었다.[78] 이는 미국과 러시아에 이어 중국이 처음으로 우주선에 RTG를 사용한 사례이다.

착륙선에는 천체망원경(월면 자외선 망원경, LUT)을 포함한 7종류의 장비가 탑재되었으며, 세계 최초로 월면에서의 천체관측을 실시했다.[79] 2015년 1월에는 LUT로 촬영한 M101 나선은하 사진이 공개되었다.[80] 착륙선은 2014년 12월 14일에 월면 착륙 1주년을 맞이했으며, 야간에는 수면 모드로 전환되고 일조 상태가 되면 활동을 재개하는 방식으로 운용되었다.[81]

5. 구성 요소

5. 1. 착륙선

무게 1200kg의 착륙선은 140kg의 옥토끼 로버를 탑재했다. 방사성 동위원소 가열 장치(RHU)와 태양 전지판을 통해 전력을 공급받으며, 7개의 과학 장비와 카메라를 탑재했다.[1] 14일간의 달밤 동안 착륙선과 로버는 '절전 모드'로 전환된다.[1]

착륙선은 달의 적도 부근에 있는 폭풍의 바다 지역에 착륙할 계획이었다.[77] 착륙 후 3개월 동안 과학 관측을 수행할 예정이었다.

14일이나 계속되는 달의 밤 기간에도 활동할 수 있도록, 플루토늄 238의 붕괴열을 이용하는 방사성동위원소 열전변환기(RTG)를 전력원으로 탑재하고 있다.[78] 미국과 러시아 이외에 우주선에 RTG를 사용한 것은 중국이 처음이다.

착륙선은 7종류의 장비를 탑재하고 있으며, 그 중 하나인 천체망원경(월면 자외선 망원경 LUT(Lunar Ultraviolet Telescope))으로는 세계 최초로 월면에서의 천체관측을 실시했다.[79] 2015년 1월, LUT로 촬영한 M101 나선은하 사진이 공개되었다.[80]

창어 3호 착륙선은 세계 최초로 월면에서의 천체관측을 실시했다.[79] 2015년 1월, LUT로 촬영한 M101 나선은하 사진이 공개되었다.[80]

창어 3호의 착륙선에는 50mm 리치-크레티앙 망원경이 장착되어 있는데, 이는 은하, 활동 은하핵, 변광성, 쌍성, 신성, 퀘이사 및 블레이저를 근자외선(245~340nm) 대역에서 관측하는 데 사용된다. 13등급의 낮은 밝기의 천체도 감지할 수 있다.[39][40][41] 달의 희박한 외기권과 느린 자전 덕분에 목표 천체를 매우 오랫동안 중단 없이 관측할 수 있다. 달 기반 자외선 망원경(LUT)은 최초의 장기간 달 기반 천문 관측소로, 중요한 천체를 지속적으로 관측하여 빛의 변화를 연구하고 현재 모델을 개선하는 데 기여한다.[39][40][41]

착륙선에는 또한 지구의 플라스마권을 관측하여 그 구조와 역동성을 조사하고 태양 활동(태양 변동)의 영향을 연구하기 위해 사용될 극자외선(30.4 nm) 카메라[42][29]가 탑재되어 있다.

창어 3호 착륙선에는 연장 가능한 토양 탐사 장비가 탑재되어 있다.[39][43]

2014년 9월 6일까지 탐사 로버는 간헐적으로 신호를 전송했다.[53] 2015년 3월 기준으로, 탐사 로버는 움직이지 않은 채 장비의 성능이 계속 저하되었지만,[60][61][62] 지구의 통신 기지국과 통신할 수 있었다.[63][64][65][66] 아마추어 관측자들은 착륙선으로부터의 전송을 감지할 수 없었지만, 중국 당국은 2015년 1월 14일 14번째 월면의 밤에 접어들면서도 착륙선이 자외선 카메라와 망원경을 계속 작동시키고 있다고 보고했다.[53][67]

옥토끼(Yutu) 로버는 2015년 3월에 데이터 전송을 중단했다.[54] 착륙선과 달 기반 자외선 망원경(LUT)은 달 착륙 11년 후인 2024년 현재까지도 작동하고 있다.[68][69] 방사성 동위원소 가열 장치(radioisotope heater unit)(RHU)와 태양 전지판으로 구성된 착륙선의 전원은 30년 동안 지속될 수 있다.[70]

5. 1. 1. 달 기반 자외선 망원경 (LUT)

창어 3호의 착륙선에는 50mm 리치-크레티앙 망원경이 장착되어 있는데, 이는 은하, 활동 은하핵, 변광성, 쌍성, 신성, 퀘이사 및 블레이저를 근자외선(245~340nm) 대역에서 관측하는 데 사용된다. 13등급의 낮은 밝기의 천체도 감지할 수 있다.[39][40][41] 달의 희박한 외기권과 느린 자전 덕분에 목표 천체를 매우 오랫동안 중단 없이 관측할 수 있다. 달 기반 자외선 망원경(LUT)은 최초의 장기간 달 기반 천문 관측소로, 중요한 천체를 지속적으로 관측하여 빛의 변화를 연구하고 현재 모델을 개선하는 데 기여한다.[39][40][41]

창어 3호 착륙선은 세계 최초로 월면에서의 천체관측을 실시했다.[79] 2015년 1월, LUT로 촬영한 M101 나선은하 사진이 공개되었다.[80]

5. 1. 2. 극자외선 (EUV) 카메라

착륙선에는 또한 지구의 플라스마권을 관측하여 그 구조와 역동성을 조사하고 태양 활동(태양 변동)의 영향을 연구하기 위해 사용될 극자외선(30.4 nm) 카메라[42][29]가 탑재되어 있다.

5. 1. 3. 토양 탐사 장비

창어 3호 착륙선에는 연장 가능한 토양 탐사 장비가 탑재되어 있다.[39][43]

5. 2. 옥토끼 로버

자위 크레이터 근처의 바위. 옥토끼호 탐사로봇이 촬영한 이미지
자위(Zi Wei) 크레이터 근처의 바위. 옥토끼호 탐사로봇이 촬영한 이미지


옥토끼는 6륜 구동 방식의 탐사 로봇으로, 총 질량은 약 140kg이며 약 20kg의 탑재량을 가진다.[1][46] 1997년 미국이 화성에 발사한 10kg의 소저너 로버나 185kg의 스피릿 로버, 오퍼튜니티 로버와 비교했을 때, 옥토끼는 스피릿 로버 및 오퍼튜니티 로버와 유사한 무게를 가진다. 옥토끼는 실시간 비디오 전송, 토양 샘플 분석, 경사면 이동, 자동 센서를 통한 충돌 방지 기능을 갖추고 있다.

에너지 공급은 두 개의 태양 전지판을 통해 이루어지며, 달의 낮 동안 작동 및 배터리 충전이 가능하다. 밤에는 방사성 동위원소 가열 장치(RHUs)를 사용하여 추위를 막았는데,[47] 이는 열에너지만을 제공하고 전기는 제공하지 않는다.

옥토끼는 2013년 12월 14일 20시 35분(UTC)에 착륙선에서 분리되어 달 표면에 착륙했다.[48] 12월 17일, 분광계를 제외한 모든 과학 장비가 활성화되었고, 착륙선과 탐사 로봇 모두 "달 환경의 예상치 못한 혹독한 조건에도 불구하고 기대대로 작동하고 있다"는 발표가 있었다. 그러나 12월 16일부터 20일까지 탐사 로봇은 직사광선으로 인해 햇빛이 비치는 부분의 온도가 100°C를 넘고, 그늘진 부분의 온도는 0°C 이하로 떨어져 하위 시스템을 종료하고 이동하지 않았다. 이후 착륙선과 탐사 로봇은 서로 사진을 찍고 각자의 과학 임무를 시작했다.[49]

옥토끼는 3개월 임무 동안 3㎢ 면적을 탐사하고 최대 10km를 이동하도록 설계되었다.

2014년 1월 11일, 옥토끼는 수면 모드에서 작동 명령을 받아 첫 번째 달의 밤을 견뎌냈다.[50] 그러나 2014년 1월 25일, 중국 국영 언론은 옥토끼가 "복잡한 달 표면 환경"으로 인해 "기계 제어 이상"을 겪었다고 발표했다.[51]

2014년 2월 13일, 옥토끼는 임무 관제센터와 교신을 재개했지만, "기계적 이상"은 여전했다.[52] 2014년 9월 6일까지 간헐적으로 데이터를 전송했고,[53] 2015년 3월에는 데이터 전송이 중단되었다.[54] 비록 장비 성능은 계속 저하되었지만, 지구 통신 기지국과는 통신이 가능했다.[63][64][65][66]

2015년 3월, 옥토끼는 데이터 전송을 중단했다.[54] 2015년 10월, 옥토끼는 달 표면에서 가장 오랫동안 작동한 로버가 되었다.[89] 최종적으로 2016년 8월, 중국 국가방위과학기술공업국은 옥토끼의 작동 중지를 공식 발표했다.[89][90] 옥토끼는 총 972일 동안 작동하여 달 표면에서 가장 오랫동안 작동한 로버로 기록되었다.

=== 지표투과레이더 (GPR) ===

창어 3호는 하부에 지표투과레이더(GPR, ground-penetrating radar)를 탑재하여 최대 30m 깊이의 달 표토(lunar soil) 구조와 깊이를 직접 측정하고, 수백 미터 깊이까지 달 지각(lunar crust) 구조를 조사할 수 있다.[29] 옥토호 바닥에 장착된 레이더 장치를 통해 이동하면서 달 내부 구조 변화를 관측할 수 있다.[79]

=== 분광기 ===

탐사선에는 달 표본의 화학 원소 구성을 분석하기 위한 알파 입자 X선 분광기[55]와 적외선 분광기가 탑재되어 있다.

=== 카메라 ===

착륙선에는 서로 다른 방향을 향한 파노라마 카메라 3대가 설치되어 있다. 착륙선에는 창어 2호에서 시험된 단일 하강 카메라가 장착되어 있다.[39]

탐사선 마스트에는 달 표면으로부터 약 1.5m 높이에 파노라마 카메라 2대와 항법 카메라 2대가 있으며, 탐사선의 전면 하단에는 장애물 회피 카메라 2대가 설치되어 있다.[39] 각 카메라 쌍은 입체 영상을 촬영하거나, 삼각측량을 이용한 거리 영상화에 사용될 수 있다.[56]

5. 2. 1. 지표투과레이더 (GPR)

창어 3호는 하부에 지표투과레이더(GPR, ground-penetrating radar)를 탑재하고 있어 최대 30m 깊이의 달 표토(lunar soil) 구조와 깊이를 직접 측정하고, 수백 미터 깊이까지 달 지각(lunar crust) 구조를 조사할 수 있다.[29] 옥토호 바닥에 장착된 레이더 장치를 통해 이동하면서 달 내부 구조 변화를 관측할 수 있다.[79]

5. 2. 2. 분광기

탐사선에는 달 표본의 화학 원소 구성을 분석하기 위한 알파 입자 X선 분광기[55]와 적외선 분광기가 탑재되어 있다.

5. 2. 3. 카메라

착륙선에는 서로 다른 방향을 향한 파노라마 카메라 3대가 설치되어 있다. 착륙선에는 창어 2호에서 시험된 단일 하강 카메라가 장착되어 있다.[39]

탐사선 마스트에는 달 표면으로부터 약 1.5m 높이에 파노라마 카메라 2대와 항법 카메라 2대가 있으며, 탐사선의 전면 하단에는 장애물 회피 카메라 2대가 설치되어 있다.[39] 각 카메라 쌍은 입체 영상을 촬영하거나, 삼각측량을 이용한 거리 영상화에 사용될 수 있다.[56]

6. 착륙 지점

국제천문연맹(IAU)은 창어 3호의 착륙 지점을 "광한궁(广寒宫, Guang Han Gong)"으로 명명했다.[71] "광(广)"은 넓다는 뜻이고, "한(寒)"은 차갑다는 뜻이며, "궁(宫)"은 궁궐을 의미하여 "달의 궁궐"로 해석될 수 있다.[71] 근처의 세 개의 충돌구는 전통적인 중국 점성술에서 세 별자리의 이름을 따서 자위, 천시, 태위로 명명되었다.[71]

7. 다른 달 탐사 임무와의 협력

미국 항공 우주국(NASA)과 중국 국가항천국 간에는 공식적인 협력이 없었지만, 창어 3호의 착륙은 희박한 달 외기권의 달 먼지 함량을 증가시키고, 착륙 과정에서 엔진 분사로 인한 가스를 유입시킬 것으로 예상되었다.[57][58] NASA의 달 대기 및 먼지 환경 탐사선(LADEE) 임무는 달 외기권의 기준 측정값의 변화를 조사할 기회를 제공했으며, 착륙 후 달 주변에 먼지와 사용된 추진제 가스가 어떻게 침전되는지 연구할 수 있게 했다.[57][58] 예를 들어, 착륙선의 연소 부산물 중 하나는 수증기이며, LADEE는 극지방 근처의 저온 트랩에 달의 물이 어떻게 침착되는지 관찰할 수 있을 것이다.[1] NASA의 달 정찰 궤도선(LRO)은 2013년 12월 25일 착륙 지점의 사진을 촬영했는데, 여기에는 착륙선과 탐사 로버가 보인다.[59] LRO는 2014년 1월 22일과 2014년 2월 18일에도 착륙선과 탐사 로버를 촬영하려고 시도했다.[1]

8. 한국과의 관계

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