루나 게이트웨이

1. 개요

루나 게이트웨이는 달 궤도에 건설될 예정인 국제 우주 정거장으로, 아폴로 계획 이후 인류의 달 탐사 목표를 구체화한 것이다. 2012년 NASA의 제안을 시작으로, 캐나다, 유럽, 일본 등 여러 국가가 참여하여 건설될 예정이다. 6일에 한 번씩 타원형 달 궤도를 회전하며, 전력 및 추진 요소(PPE)와 거주 및 물류 전초 기지(HALO)를 포함한 여러 모듈로 구성된다. 2027년 PPE와 HALO의 발사를 시작으로, 2028년에는 iHAB 모듈, 2030년에는 ESPRIT 모듈이 추가될 예정이다. 하지만, 일부 전문가들은 게이트웨이의 효용성에 대해 비판적인 시각을 보이기도 한다.

2. 역사

루나 게이트웨이는 달 궤도를 도는 우주 정거장 건설 계획으로, 2022년에 엔진 모듈 발사를 시작으로 2033년까지 여러 모듈이 발사될 예정이다. 이 우주 정거장은 우주비행사 4명이 체류할 수 있는 규모로 건설될 것이다. 게이트웨이는 달 상공 최저 1500km에서 최고 70000km의 타원형 궤도를 6일에 한 번씩 회전하는 궤도로 운용될 예정이다.

2022년에 발사될 예정인 엔진 모듈(PPE, Power and Propulsion Element)은 무게 8~9톤에 50kW의 태양전지 출력을 낼 수 있다. 추진력은 글렌 연구 센터에서 개발한 14kW 출력의 이온 엔진을 사용하며, 4개의 이온 엔진이 50kW의 전기를 소모한다.

2027년에는 딥 스페이스 트랜스포트(DST)가 루나 게이트웨이에 도킹할 예정이다. DST는 오리온 우주선(10.3톤), 거주구역(21.9톤), 화물구역(26.5톤), 엔진(24톤), 연료(16톤)를 포함하여 총 98.7톤 무게의 유인 화성탐사선이다. 게이트웨이 건설에는 3천 톤 무게의 SLS 로켓이 사용될 예정인데, 이는 아폴로 11호를 발사한 새턴 5호와 비슷한 무게이며, 나로호보다는 20배 더 무겁다.

2019년 3월 2일, 쥐스탱 트뤼도 캐나다 총리는 캐나다우주국(CSA) 본부에서 열린 기자회견에서 "캐나다는 달에 갈 것"이라고 발표하며, 게이트웨이 유지보수를 담당할 차세대 로봇팔 캐나담 3 개발에 14억 달러(약 1570)를 투자한다고 밝혔다. 이는 ISRO 유인 우주선 개발 예산과 같은 규모이다. 캐나다의 로봇팔은 2024년에 우주정거장에 조립될 계획이다.

2.1. 배경

아폴로 계획 당시부터 달 기지 건설은 인류의 달 탐사 목표 중 하나였다. 2012년 미국 항공우주국(NASA)은 지구-달 궤도 정거장에 대한 제안을 공개했으며, 이는 심우주 거주지 연구로 이어졌다. 2018년 2월, NextSTEP 연구 및 기타 국제 우주 정거장(ISS) 파트너 연구가 게이트웨이의 거주 모듈에 필요한 기능을 안내하는 데 도움이 될 것이라고 발표되었다. 게이트웨이의 태양광 전기 전력 및 추진 요소(PPE)는 원래 현재 취소된 소행성 재지향 임무의 일부였다.

2017년 11월 7일, NASA는 전 세계 과학계에 지구-달 궤도 공간에 위치한 심우주 게이트웨이를 활용할 수 있는 과학 연구에 대한 개념을 제출하도록 요청했다. 2018년에는 대학에서 게이트웨이의 개념과 기능을 개발하도록 혁신적인 항공우주 시스템 개념 학술 연계(RASC-AL) 대회를 시작했다. 푸에르토리코 대학교 마야게스의 "달 탐사 및 극지 접근"이 우승 개념으로 선정되었다.

NASA는 원래 소행성 재지정 미션의 일환으로 게이트웨이 건설을 검토했지만, 나중에 중단되었다. NASA와 러시아 연방 우주국(로스코스모스)은 2017년 9월 27일, 비공식적인 공동 성명을 통해 양측의 협력을 발표했다. 게이트웨이는 대략 6일 주기로 달을 남북으로 도는 Near Rectilinear Halo Orbit (NRHO)라고 불리는 극도로 긴 타원 궤도에 설치되어, 최접근 시에는 달 표면으로부터 1500km 이내, 가장 멀어질 때는 70000km에 위치하게 된다.

2.2. 연구

지구-달 궤도 정거장에 대한 NASA의 이전 제안은 2012년에 공개되었으며, 심우주 거주지로 명명되었다. 이 제안은 2015년 NextSTEP 프로그램 하에 심우주 거주지의 요구 사항을 연구하기 위한 자금 지원으로 이어졌다. 2018년 2월, NextSTEP 연구 및 기타 국제 우주 정거장(ISS) 파트너 연구가 게이트웨이의 거주 모듈에 필요한 기능을 안내하는 데 도움이 될 것이라고 발표되었다.

2017년 11월 7일, NASA는 전 세계 과학계에 지구-달 궤도 공간에 위치한 심우주 게이트웨이를 활용할 수 있는 과학 연구에 대한 개념을 제출하도록 요청했다. 2018년 2월 27일부터 3월 1일까지 콜로라도주 덴버에서 심우주 게이트웨이 개념 과학 워크숍이 개최되었으며, 게이트웨이 사용을 통해 발전시킬 수 있는 가능한 과학 연구에 대해 196개의 발표가 이루어졌다.

2018년, NASA는 대학에서 게이트웨이의 개념과 기능을 개발하도록 혁신적인 항공우주 시스템 개념 학술 연계(RASC-AL) 대회를 시작했다. 경쟁자들은 "게이트웨이 무인 활용 및 운영", "게이트웨이 기반 유인 달 표면 접근", "과학 플랫폼으로서의 게이트웨이 물류", "게이트웨이 기반 지구-달 궤도 예인선 설계"의 4가지 분야 중 하나에서 독창적인 엔지니어링 및 분석을 사용하도록 요청받았다. 학부 및 대학원생 팀은 2019년 1월 17일까지 이 네 가지 주제 중 하나를 다루는 응답을 제출해야 했다. NASA는 제안된 개념을 계속 개발하기 위해 20개 팀을 선정했다. 14개 팀은 2019년 6월 플로리다주 코코아 비치에서 열린 RASC-AL 포럼에서 직접 프로젝트를 발표했으며, 포럼에 참여하기 위해 6000USD의 장학금을 받았다. 푸에르토리코 대학교 마야게스의 "달 탐사 및 극지 접근"이 우승 개념으로 선정되었다.

2.3. 국제 협력

2017년 9월, NASA와 러시아의 로스코스모스는 프로그램 협력에 대한 비공식 공동 성명을 발표했다. 그러나 2020년 10월, 로스코스모스의 수장 드미트리 로고진은 이 프로그램이 로스코스모스가 참여하기에는 너무 "미국 중심적"이라고 평가했고, 2021년 1월, 로스코스모스는 프로그램 불참을 발표했다.

2024년 1월 현재, 캐나다 우주국(CSA), 유럽 우주국(ESA), 일본 우주항공연구개발기구(JAXA), 모하메드 빈 라시드 우주 센터(MBRSC)는 게이트웨이 프로젝트에 참여할 계획이다. 이들은 각각 캐나담 3(CSA) 로봇 팔, 연료 보급 및 통신 장비, 거주 및 연구 시설, 에어록 모듈을 제공할 예정이다.

3. 작명

게이트웨이 우주 정거장의 명칭과 휘장은 미국 세인트루이스 게이트웨이 아치의 이름과 그 모양에서 유래되었다. 이전에는 심우주 관문(DSG)으로 알려졌으나, 2019년 미국 연방 예산안에 대한 NASA의 2018년 제안에서 달 궤도 플랫폼-관문(LOP-G)으로 이름이 변경되었다.

2019년 11월, NASA는 미국의 프론티어 상징인 세인트루이스 게이트웨이 아치에서 영감을 얻은 우주 정거장의 이름과 로고를 공개했다.

4. 궤도 및 운영

게이트웨이는 달 주위를 도는 근직선 할로 궤도(NRHO)에 배치될 예정이다. 이 궤도는 달 극 궤도에 도달하기 위한 효율적인 경로를 제공하며, 지구와의 통신 두절을 최소화한다. 선택된 NRHO의 궤도 이심률은 가장 가까운 지점에서 달 북극 표면으로부터 1500km 이내, 달 남극을 지나 70000km까지, 약 7일의 궤도 주기를 갖는다.

달 주변 공간(달 궤도)을 오가는 것은 달 너머 심우주로 나아가는 데 필요한 지식과 경험을 개발하기 위한 것이다. 제안된 NRHO를 이용하면 게이트웨이에서 달 탐사 임무를 수행하여 730 m/s의 Δv와 반나절의 이동 시간으로 낮은 극 궤도에 도달할 수 있다. 궤도 유지에는 연간 10 m/s 미만의 Δv가 필요하며, 궤도 경사는 비교적 작은 Δv만으로 변경하여 달 표면의 대부분에 접근할 수 있다.

게이트웨이는 인류가 탑승할 수 있도록 설계된 최초의 모듈형 우주 정거장이며, 초기에는 대부분의 시간 동안 자율적으로 운영될 예정이며, 저궤도에서 멀리 떨어진 최초의 심우주 정거장이 될 것이다. 이는 모든 시스템을 모니터링하고 제어하는, 이전의 어떤 우주 정거장보다 정교한 실행 제어 소프트웨어에 의해 가능해질 것이다. 게이트웨이는 또한 달 및 소행성 채굴 자원으로부터 현장 자원 활용(ISRU) 개발 및 테스트를 지원할 수 있으며, 시간이 지남에 따라 더 복잡한 임무를 위한 역량을 점진적으로 구축할 수 있는 기회를 제공할 것이다.

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5. 구조

루나 게이트웨이는 지구 저궤도가 아닌 달 저궤도를 돌며, 우주비행사 4인이 체류할 수 있는 우주정거장이다. 2022년에 엔진 모듈 발사를 시작으로 2033년까지 7개의 모듈이 발사될 계획이며, 최저 1,500 km, 최고 70,000 km의 타원형 달 궤도를 6일에 한 번씩 회전한다.

2028년으로 계획된 첫 유인 임무(아르테미스 IV)를 지원하기 위해 게이트웨이는 전력 및 추진 요소(PPE)와 거주 및 물류 전초기지(HALO)의 두 모듈로 시작할 것이다. 모든 모듈은 국제 도킹 시스템 표준을 사용하여 연결될 것이다.

5.1. 계획된 모듈

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* 전력 및 추진 요소(Power and Propulsion Element, PPE): 원래 취소된 소행성 재지향 임무 위해 개발. 게이트웨이 지휘 및 통신 센터 역할. 2019년 맥사 테크놀로지스(Maxar Technologies)가 NASA와 계약, 제조. Busek 6 kW 홀 효과 추력기 및 NASA 첨단 전기 추진 시스템(AEPS) 홀 효과 추력기 사용.
* 거주 및 물류 전초기지(Habitation and Logistics Outpost, HALO): 시그너스 (우주선) 기반, 4명 승무원 최소 30일 지원.
* 유럽 재급유, 인프라 및 통신 제공 시스템(European System Providing Refueling, Infrastructure and Telecommunications, ESPRIT): 추가 제논 및 하이드라진 용량, 추가 통신 장비 및 과학 패키지용 에어록 제공.
* 루나 I-HAB: 일본 협력, ESA 제작 추가 거주 모듈.
* Canadarm3: 캐나다 우주국(CSA) 기여 로봇 팔.
* 승무원 및 과학 에어록 모듈: 우주 유영 수행, 심우주 수송체 도킹 포트 제공. 아랍 에미리트 연합 무함마드 빈 라시드 우주 센터(MBRSC) 제작.

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5.2. 제안된 모듈

관문 물류 모듈은 미니 우주 정거장에서 재급유, 재보급 및 물류를 제공하는 데 사용될 예정이다. 관문으로 보내질 첫 번째 물류 모듈은 캐나다 우주국(CSA)에서 제작할 로봇 팔과 함께 도착할 예정이다.

6. 건설

루나 게이트웨이 건설은 여러 국가와 기업이 참여하는 국제적인 프로젝트로 진행될 예정이다. 유인 비행은 오리온 및 SLS 로켓을, 기타 임무는 상업용 발사체를 이용할 계획이다.

2022년 엔진 모듈(PPE, Power and Propulsion Element) 발사를 시작으로, 여러 모듈이 순차적으로 발사될 예정이다. PPE는 8-9톤 무게에 50kW의 태양전지 출력을 가지며, 글렌 연구 센터에서 개발한 이온 엔진으로 추진된다.

2019년 3월, 쥐스탱 트뤼도 캐나다 총리는 캐나다우주국(CSA)에서 캐나담 3(Canadarm 3) 개발에 1400(약 1조 5천 700억 원)를 투자한다고 발표했다.

당초 미국 항공우주국(NASA)은 소행성 재지정 미션의 일환으로 게이트웨이 건설을 검토했으나, 이는 나중에 중단되었다. 2017년 9월, NASA와 러시아 연방 우주국(로스코스모스)은 양측의 협력을 발표했다.

게이트웨이는 달 궤도를 6일 주기로 공전하며, 달 표면으로부터 최저 1500km, 최고 70000km에 위치하는 극도로 긴 타원 궤도(NRHO)에 설치될 예정이다.

2020년 3월, NASA는 게이트웨이에 보급품을 전달할 최초의 상업 파트너로 스페이스X를 발표했다.

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📌 열 고정 해제

연도	임무	임무명	발사체	유인/무인
2022년 12월	동력 및 추진 모듈 (PPE) 발사	게이트웨이 우주 정거장 계획	팰컨 헤비	무인
2023년 11월	거주 및 물류 모듈 (HALO) 발사	게이트웨이 우주 정거장 계획	상업용 우주 발사체	무인
2024	오리온 MPCV 및 물류 모듈 발사	아르테미스 3	SLS 블록 1	유인
2025 (예정됨)	오리온 MPCV 및 물류 모듈 발사	아르테미스 4	SLS 블록 1B	유인
2026	iHAB 모듈 발사	게이트웨이 우주 정거장 계획	상업용 우주 발사체	무인
2026 (예정됨)	오리온 MPCV 및 물류 모듈 발사	아르테미스 5	SLS 블록 1B	유인
2027 (예정됨)	게이트웨이 우주 정거장 구성 모듈 발사	게이트웨이 우주 정거장 계획	상업용 우주 발사체	무인
2027 (예정됨)	오리온 MPCV 및 물류 모듈 발사	아르테미스 6	SLS 블록 1B	유인
2028 (예정됨)	게이트웨이 우주 정거장 모듈 발사	게이트웨이 우주 정거장 계획	상업용 우주 발사체	무인
2028 (예정됨)	오리온 MPCV 및 물류 모듈 발사	아르테미스 7	SLS 블록 1B	유인

* 전력 및 추진 요소(PPE): 2027년에 팰컨 헤비 로켓으로 발사될 예정이다.
* 거주 및 물류 기지(HALO): 2027년에 PPE 모듈과 함께 팰컨 헤비 로켓으로 발사될 예정이다.
* 유럽 연료 공급, 인프라 및 통신 시스템(ESPRIT): 2029년에 발사될 예정이다.
* 국제 파트너 거주 모듈 및 미국 거주 모듈: 합쳐서 최소 125 m³의 거주 공간을 제공한다.
* 게이트웨이 물류 모듈: 캐나다 우주국이 건조하는 로봇 팔을 갖춘다.
* 게이트웨이 에어록 모듈: 우주 유영 및 심우주 수송기의 계류에 사용된다.

6.1. 1단계

전력 및 추진 요소(PPE)와 거주 및 물류 전초기지(HALO)는 2027년에 팰컨 헤비 로켓으로 함께 발사될 예정이다.

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📌 열 고정 해제

연도	임무 목표	임무명	발사체	유인/무인	상태
2027년	전력 및 추진 요소(PPE) 및 거주 및 물류 전초기지(HALO) 발사		팰컨 헤비	무인	개발 중
2028년 9월	오리온 다목적 유인 우주선(MPCV) 및 국제 거주 모듈(I-HAB) 모듈 인도	아르테미스 IV	SLS 블록 1B	유인	개발 중
2030년 3월	오리온 다목적 유인 우주선(MPCV) 및 유럽 급유, 인프라 및 통신 시스템(ESPRIT) 급유 모듈(ERM) 인도	아르테미스 V	SLS 블록 1B	유인	개발 중
2031년 3월	오리온 다목적 유인 우주선(MPCV) 및 승무원 및 과학 에어록 모듈 인도	아르테미스 VI	SLS 블록 1B	유인	개발 중
2032년 3월	(제안) 오리온 다목적 유인 우주선(MPCV) 및 물류 모듈 인도	아르테미스 VII	SLS 블록 1B	유인	설계 단계

7. 비판

마이클 D. 그리핀 전 NASA 행정관은 달 표면 추진제 생산 시설이 갖춰진 후에야 게이트웨이가 유용할 것이라고 언급했다. 노트르담 대학교 지질학자 클라이브 니얼은 게이트웨이를 "돈 낭비"라고 비판했으며, 전 NASA 부행정관 Doug Cooke는 게이트웨이 연기를 통해 임무 성공 가능성을 높일 수 있다고 주장했다.

전 NASA 존슨 우주 센터 소장 조지 아비는 달 궤도 우주 정거장 건설 대신 직접 달에 가야 한다고 말했고, 전 NASA 우주 비행사 테리 W. 버츠는 게이트웨이가 인류 탐험을 속박할 것이라고 비판했다. 아폴로 11호 우주 비행사 버즈 올드린은 게이트웨이에 반대하며, 달 착륙 기지로 사용하는 것은 터무니없다고 말했다.

화성 협회 설립자 로버트 주브린은 게이트웨이를 "NASA의 최악의 계획"이라고 비판했고, 퇴역 항공 우주 엔지니어 제럴드 블랙은 게이트웨이가 달 기지 지원에 쓸모없다고 주장했다. 마크 휘팅턴은 달 궤도 프로젝트가 달 귀환에 도움이 되지 않는다고 주장했으며, 천체 물리학자 에단 시겔은 달 궤도 우주 정거장 아이디어가 인류를 발전시키지 못한다고 비판했다.

7.1. NASA의 반응

짐 브라이든스타인 NASA 국장은 2018년 12월 10일 발표에서 "1969년에 그곳에 도달했다고 주장합니다. 그 경쟁은 끝났고, 우리가 이겼습니다. 이제 지속 가능하고 재사용 가능한 아키텍처를 구축할 때입니다. [...] 다음에 우리가 달에 갈 때는 미국의 부츠가 달에 있을 것이고, 그들의 어깨에는 미국 국기가 꽂혀 있을 것이며, 달에 처음 가보는 국제 파트너들과 나란히 서 있을 것입니다."라고 말했다.

게이트웨이 프로그램 매니저인 댄 하트만은 2020년 3월 30일에 게이트웨이 사용의 장점으로 임무 기간 연장, 위험 감소, 연구 능력 제공, 상승 모듈 재사용 능력을 언급했다. 그는 "달로 가는 단독 임무, 즉 직접 임무를 수행하는 경우, 랜더 또는 오리온과 함께 보급품에 제한이 있습니다. 게이트웨이를 사용하면, 물류 모듈 하나만으로도 임무 기간을 약 두 배, 즉 30일에서 60일로 연장할 수 있다고 생각합니다. [...] 달 궤도에서 더 많은 승무원 시간을 갖는 것은 심우주 생활의 인간적 측면 연구에 도움이 됩니다. [...] 우리는 심우주에서 어떻게 작동하는지 알아내야 하기 때문입니다. [...] 달 착륙선 시스템을 위한 지속 가능하고 유연한 경로를 제공할 것입니다. 게이트웨이를 사용하면 상승 모듈을 잠재적으로 여러 번 재사용할 수 있다고 생각합니다. [...] 임무 기간을 30일 이상으로 늘릴 수 있다면, 몇 가지 추가적인 환경적 기능도 제공할 것입니다. 우리는 그것이 달을 지속 가능하게 탐사할 뿐만 아니라 화성에 가기 위해 해야 할 몇 가지 사항을 증명하는 데에도 엄청난 위험 감소 자산이라고 생각합니다."라고 말했다.