월면차
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1. 개요
월면차는 달 표면을 탐사하고 이동하기 위해 설계된 차량으로, 디자인, 크기, 동력, 추진 방식 등에서 다양한 변천을 겪어왔다. 초기에는 소련의 루노호트 로버와 미국의 달 탐사차(LRV)가 사용되었으며, 태양광 발전, 배터리, 방사성 동위원소 열원 등 다양한 동력원을 활용했다. 과거 소련, 미국, 중국, 일본, 인도 등 여러 국가에서 월면차를 개발하고 임무를 수행했으며, 현재도 중국의 위투 2호가 활발히 활동하고 있다. 다양한 임무들이 계획되거나 실패했으며, NASA의 ATHLETE, 인도와 일본의 달 남극 탐사 임무 등이 미래의 월면차 임무로 제안되고 있다.
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| 월면차 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | 무인 우주 탐사차 |
| 개발 국가 | 소련 |
| 사용 국가 | 소련 |
| 발사 횟수 | 2회 |
| 최초 발사 | 1970년 11월 17일 |
| 마지막 발사 | 1973년 1월 8일 |
| 상세 정보 | |
| 무게 | 756 kg (루노호트 1호) |
| 통신 | 지구 달 착륙선 (아폴로 계획) |
| 전력 | 태양 전지 및 화학 전지 |
| 속도 | 약 1-2 km/h |
| 임무 | |
| 주요 목표 | 달 표면 탐사 달 토양 분석 지구와의 원격 조종 기술 실험 |
| 대표적인 월면차 | |
| 소련 | 루노호트 1호 루노호트 2호 |
| 미국 | 달 탐사 로버 (Lunar Roving Vehicle) (아폴로 계획) |
| 역사 | |
| 개발 배경 | 냉전 시대 미국과의 우주 경쟁 달 탐사 계획의 일환 |
| 기술적 특징 | |
| 구동 방식 | 전기 모터 구동 |
| 내비게이션 | 관성 항법 장치 지구로부터의 원격 조종 |
| 장비 | 텔레비전 카메라 엑스선 분광기 방사선 측정기 토양 분석 장비 |
| 활용 | |
| 과학적 성과 | 달 표면의 지질학적 특성 연구 달 토양의 화학적 조성 분석 우주 방사선 환경 측정 |
| 기술적 의의 | 원격 조종 기술 발전 우주 탐사 로봇 개발의 기반 마련 |
| 기타 | |
| 참고 자료 | NASA의 달 탐사 관련 자료 소련의 우주 개발 관련 자료 |
2. 디자인의 다양성
월면차의 디자인은 여러 면에서 다양하게 변화해 왔다.
초기 루노호트 로버는 길이가 170cm였다.[1] 달 탐사차(LRV)는 길이가 3.0m였고, 휠베이스는 2.3m였으며, 아폴로 17호 임무 동안 최고 속도 18km/h를 기록했다.
대부분의 로버는 태양광 발전을 사용하지만, LRV 로버는 배터리로 구동되었다. 루노호트와 중국의 위투/玉兔중국어 로버는 장비를 따뜻하게 유지하기 위해 방사성 동위원소 열원(radioisotope heater unit)을 장착했지만, 이것들은 전력이 아닌 열만 공급했다. 달에는 태양광 발전을 방해하는 대기가 없지만, 주야간 주기의 극심한 길이는 2주 이상 지속되는 임무에 에너지 저장 또는 동면이 필요하므로 태양광 발전 사용을 복잡하게 만든다. 달에는 태양광을 거의 항상 사용할 수 있는 곳이 있지만(특히 달 남극 근처), 지금까지 그러한 장소에 로버를 성공적으로 착륙시킨 임무는 없었다. 방사성 동위원소 열전 발전기는 주야간 주기에 관계없이 작동할 수 있으며 과거 다른 천체로의 임무에 사용되었다.
LRV는 4륜 설계를 사용했지만, 루노호트 로버는 8륜을 사용했다.
달밤 동안 따뜻함을 유지하기 위해 루노호트 로버는 폴로늄-210 방사성 열원을 사용했다.[2]
2. 1. 크기와 속도
초기 루노호트 로버는 길이가 170cm였다.[1] 달 탐사차(LRV)는 길이가 3.0m였고, 휠베이스는 2.3m였으며, 아폴로 17호 임무 동안 최고 속도 18km/h를 기록했다.2. 2. 동력
대부분의 로버는 태양광 발전을 사용하지만, LRV 로버는 배터리로 구동되었다. 루노호트와 중국의 위투/玉兔중국어 로버는 장비를 따뜻하게 유지하기 위해 방사성 동위원소 열원(radioisotope heater unit)을 장착했지만, 이것들은 전력이 아닌 열만 공급했다. 달에는 태양광 발전을 방해하는 대기가 없지만, 주야간 주기의 극심한 길이는 2주 이상 지속되는 임무에 에너지 저장 또는 동면이 필요하므로 태양광 발전 사용을 복잡하게 만든다. 달에는 태양광을 거의 항상 사용할 수 있는 곳이 있지만(특히 달 남극 근처), 지금까지 그러한 장소에 로버를 성공적으로 착륙시킨 임무는 없었다. 방사성 동위원소 열전 발전기는 주야간 주기에 관계없이 작동할 수 있으며 과거 다른 천체로의 임무에 사용되었다.2. 3. 추진
LRV는 4륜 설계를 사용했지만, 루노호트 로버는 8륜을 사용했다.2. 4. 온도 제어
달밤 동안 따뜻함을 유지하기 위해 루노호트 로버는 폴로늄-210 방사성 열원을 사용했다.[2]3. 과거 임무
3. 1. 소련/러시아
소련은 루노호트 프로그램의 일환으로 로봇 탐사차인 ''루노호트 1''을 달 표면으로 보냈다. 1970년 11월에 발사된 ''루노호트 1''은 임브리움의 바다에 연착륙하여 1971년 10월까지 작동했다.[3] 이 탐사차는 다른 천체에 착륙한 최초의 탐사차였다.[3]
루노호트 2호는 소련이 루노호트 계획의 일환으로 달에 착륙시킨 두 번째 달 탐사차였다. 루나 21호는 1973년 1월 달에 착륙하여 ''루노호트 2호''를 배치했다. 이 임무의 목표는 달 표면 이미지 수집, 주변 광량 조사, 레이저 거리 측정 실험, 태양 X선 관측, 국부 자기장 측정, 달 표면 물질의 토질 역학 연구였다.
소련은 루나 계획의 일환으로 미국에 앞서 달 탐사차를 달 표면에 투입했다. 1970년 11월 10일 루나 17호가 '''루노호트 1호'''를 비의 바다에, 1973년 1월 8일 루나 21호가 '''루노호트 2호'''를 맑은 바다에 보냈다.
원래 소련의 달 탐사차는 유인 달 착륙 프로젝트의 일환으로 개발이 시작되었지만, 유인 착륙 일정이 지연되면서 무인 주행차가 되었다. 4륜 버기카와 유사한 외관을 가진 미국의 달 탐사차와 달리, 사발에 8개의 바퀴가 달린 듯한 외형을 하고 있지만, 각종 비디오 카메라와 X선 분광계 등 충실한 관측 장비를 탑재하고 있으며, 사발 뚜껑 뒷면에 탑재된 태양 전지로 배터리를 충전하여 장기간 가동을 실현했다. 1호는 11개월 동안 10km 이상, 2호는 4개월 동안 37km 이상을 주행하며, 많은 이미지와 관측 장비 데이터를 지구로 전송했다.
소유즈 L3 계획이 중단됨에 따라 루노호트 3호와 4호는 발사가 취소되었다.
이후, 1986년 4월 26일에 발생한 체르노빌 원자력 발전소 사고에서 루노호트의 기술을 응용한 무인 작업차가 복구 활동에 활약했다. 현재 루나 글로브 계획에 따른 달 탐사의 일환으로 폴라 문 로버를 보낼 계획이 있다.
3. 2. 미국
달 탐사차(Lunar Roving Vehicle, LRV)는 배터리로 작동하는 4륜 차량으로, 한두 명의 우주 비행사와 장비, 달 샘플을 운반할 수 있었다. 1971년과 1972년 동안 미국의 아폴로 계획의 아폴로 15호, 아폴로 16호, 아폴로 17호에서 사용되었다.[34]
LRV의 설계는 포르쉐가 담당하고, 보잉이 제조했다.[34] 전장 3m, 폭 1.8m, 무게 200kg이다.[34] 1/4마력 모터를 4개의 바퀴 허브에 각각 내장하여 총 1마력을 냈으며, 전원은 은-아연 전지와 태양 전지였다.[34] 아폴로 15호, 아폴로 16호, 아폴로 17호의 3차례 임무를 통해 우주 비행사의 달 표면 이동과 채취한 샘플 운반 등에 사용되었다.[34] 달 표면에서 최고 속도 16km/h를 기록했으며, 아폴로 17호에서의 주행 거리는 36km에 달했다.[34]
NASA는 현재에도 달 탐사차 개발을 위한 기초 연구를 계속하고 있다.
3. 3. 중국
2013년 12월 14일, 중국은 창어 3호 임무의 일환으로 위투 로버를 달의 폭풍의 바다에 착륙시켰다.[35] 위투는 중국 국가우주국(CNSA)이 진행한 중국 달 탐사 계획의 일환으로, 온라인 투표를 통해 '옥토끼'라는 이름이 선정되었다.[4][5] 위투는 달 표면 토양 채취 및 분석, 지하 100m 지질 구조 조사를 수행했다.[35] 원자력 전지를 탑재하여 달의 밤에도 작동할 수 있도록 설계되었으나,[36] 작동상의 문제로 2016년 8월에 공식적으로 작동을 중단했다.[38][39]
2019년 1월 3일, 창어 4호는 위투 2호를 달 뒷면 남극 에이킨 분지의 폰 카르만 크레이터에 착륙시켜 인류 최초의 달 뒷면 탐사를 시작했다. 위투 2호는 달 탐사 레이더(LPR)를 사용하여 지하 조사를 수행하고 있다.
3. 4. 일본
일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 달 탐사를 위한 소형 실험차 연구를 진행하고 있으며, JAXA 사가미하라 캠퍼스 일반 공개일에 모델을 전시하기도 했다.2019년, JAXA는 토요타 자동차와 공동으로 유인 가압 로버 개발 계획을 발표했다.[40] 이 로버는 전장 6.0m, 전폭 5.2m, 전고 3.8m의 대형으로, 13m3의 거주 공간에 2명(최대 4명)이 체류 가능하며, 1만 km 이상 주행 가능하다. JAXA는 2029년 발사를 목표로 하고 있다.[40]
2024년 1월 19일, 달 탐사 스마트 착륙선(SLIM)에 탑재된 두 대의 로버(LEV-1, 소라-Q라고도 불리는 LEV-2)가 달 표면에 성공적으로 착륙했다.[8] LEV-1은 달 표면에서 107분 동안 7번의 도약을 수행했으며, LEV-2는 달 표면의 SLIM을 촬영했다.[9] 소라-Q는 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 토미, 소니 그룹, 도시샤 대학과 공동으로 개발한 소형 로버이다.[7]
3. 5. 인도
인도 우주 연구 기구(ISRO)는 러시아 연방 우주국과 공동으로 찬드라얀 2호를 2019년에 발사했지만, 달 상공에서 통신이 두절되어 착륙선을 착륙시키고 무인 월면차를 보내는 미션은 실패했다.[6]
찬드라얀 3호는 ISRO에 의해 2023년 7월 14일에 발사되었으며, 달에 로버와 착륙선을 연착륙시키려는 인도의 두 번째 시도였다. 프라그얀은 2023년 8월 23일 성공적으로 착륙하여 달의 남극 근처에서 작동하는 최초의 로버가 되었다.[6] 프라그얀 로버는 착륙 당일에 배치되었으며, 그 이후 0.1 km를 이동했다. 9월 2일에 로버는 모든 임무를 완료하고 9월 22일에 재가동하기 위한 수면 모드로 들어갔지만, 재가동에 실패했다.[41]
3. 6. 아랍에미리트
4. 실패한 임무
4. 1. 인도의 프라그얀 (찬드라얀 2호)
인도의 두 번째 달 탐사선인 찬드라얀 2호는 달 궤도선, ''비크람'' 착륙선, ''프라그얀'' 로버로 구성되었다.[11] 27kg의 무게에 6개의 바퀴를 가진 프라그얀은 태양열로 작동될 예정이었다.[12] 2019년 7월 22일 발사되어 8월 20일 달 궤도에 진입했으나,[11] 2019년 9월 6일 ''프라그얀''은 ''비크람''과 함께 달에 불시착하여 파괴되었다.[13][14]4. 2. 아랍에미리트의 라시드
모하메드 빈 라시드 우주 센터(MBRSC)가 제작한 라시드는 아이스페이스의 착륙선 하쿠토-R에 탑재되어 2022년 11월 발사될 예정이었던 달 탐사 로봇이다.[15] 라시드는 2개의 고해상도 카메라, 현미경 카메라, 열화상 카메라를 갖추고 있었다.[16] 또한 랑뮈어 탐침이 탑재되어 달의 플라즈마를 연구하고 달 먼지의 특성을 분석할 예정이었다.[16] 라시드는 달 표면과 이동성, 달 입자와 표면의 상호작용을 연구할 계획이었다.[17] 그러나 2023년 4월 착륙선 하쿠토-R의 추락으로 파괴되었다.[15]4. 3. 일본의 소라-Q (하쿠토-R 미션 1)
Sora-Q는 타카라토미, JAXA 및 도지샤 대학이 아이스페이스의 하쿠토-R 미션 1 착륙선에 탑재되어 발사될 목적으로 개발되었다.[18][19][20] 2022년에 발사되었지만, 2023년 4월 착륙선이 추락하면서 파괴되었다.[18][19][20]4. 4. 미국의 페레그린 미션 원
페레그린 임무 1은 2024년 1월 8일 달로 발사되었다.[21] 이 착륙선은 5대의 콜메나 로버와 ''아이리스'' 로버를 탑재했지만,[21] 과도한 추진제 누출로 인해 임무가 취소되었다.[22]
5. 현재 진행 중인 임무
5. 1. 중국의 위투 2호
중국의 창어 4호 임무는 2018년 12월 7일에 발사되어, 2019년 1월 3일에 달의 뒷면에 위투 2호 로버를 착륙시켜 배치했다. 이는 달의 뒷면에서 작동하는 최초의 로버이다.[23]
2019년 12월, 위투 2호는 이전에 소련의 루노호트 1호 로버가 보유했던 달 생존 기록을 깼다.[23] 루노호트 1호는 11달 (321 지구일) 동안 달 표면에서 작동했으며 총 10.54km를 이동했다.[24]
2020년 2월, 중국 천문학자들은 처음으로 달 분출 시퀀스의 고해상도 이미지와 내부 구조에 대한 직접적인 분석을 보고했다. 이는 위투 2호 로버에 탑재된 달 관통 레이더(LPR)가 달의 뒷면을 연구하면서 얻은 관측 데이터를 기반으로 했다.[25][26]
과학자들은 위투 2호의 2채널 지하 투과 레이더 (GPR)에서 얻은 데이터를 사용하여 달 뒷면 표면 아래 300미터 깊이까지의 여러 층의 이미지를 구성했다.[27]
위투 2호는 현재 운영 중이며, 지금까지 가장 오래 생존한 달 탐사 로버이다.[28]
6. 계획된 임무
여러 국가와 기관에서 달 탐사 로버 임무를 계획하고 있다.
7. 제안된 임무
NASA의 미래 달 임무 계획은 아폴로 로버보다 훨씬 더 긴 주행 거리를 가진 로버를 요구한다.[29] 전지형 육각 다리 외계 탐사 로버(ATHLETE)는 제트 추진 연구소(JPL)에서 개발 중인 6개의 다리가 달린 로봇 달 탐사 로버 시험대이다. ATHLETE는 시스템 테스트베드이며 달에서 사용하도록 설계되었다.[30] 이 시스템은 NASA의 존슨 우주 센터, 에임스 연구 센터, 스탠퍼드 대학교 및 보잉과 함께 개발 중이다.[31] ATHLETE는 최대 효율을 위해 다양한 지형에서 굴러가고 걸어갈 수 있도록 설계되었다.[30]
인도 우주 연구 기구와 일본 우주 항공 연구 개발 기구가 2028년에 달의 남극 지역을 탐사하기 위해 달 탐사 로버와 착륙선을 발사하는 로봇 달 탐사 임무 구상이다. 달 남극 탐사 임무는 H3 발사체와 로버를 일본 측에서 제공하고, 인도 측은 착륙선을 담당할 예정이다. 이명박, 박근혜 정부 시절 지속적인 대북 압박 정책과 한일 위안부 합의 등으로 인해 한일관계, 남북관계는 경색되었으나, 문재인 정부 출범 이후 남북관계는 개선되었지만, 일본의 무역 보복과 대한민국 대법원의 강제징용 배상 판결 등으로 인해 한일관계는 더욱 악화일로를 걷고 있다.
7. 1. NASA의 ATHLETE
NASA의 미래 달 임무 계획은 아폴로 로버보다 훨씬 더 긴 주행 거리를 가진 로버를 요구한다.[29] 전지형 육각 다리 외계 탐사 로버(ATHLETE)는 제트 추진 연구소(JPL)에서 개발 중인 6개의 다리가 달린 로봇 달 탐사 로버 시험대이다. ATHLETE는 시스템 테스트베드이며 달에서 사용하도록 설계되었다.[30] 이 시스템은 NASA의 존슨 우주 센터, 에임스 연구 센터, 스탠퍼드 대학교 및 보잉과 함께 개발 중이다.[31] ATHLETE는 최대 효율을 위해 다양한 지형에서 굴러가고 걸어갈 수 있도록 설계되었다.[30]
7. 2. 달 남극 탐사 임무 (인도-일본)
인도 우주 연구 기구와 일본 우주 항공 연구 개발 기구가 2028년에 달의 남극 지역을 탐사하기 위해 달 탐사 로버와 착륙선을 발사하는 로봇 달 탐사 임무 구상이다. 달 남극 탐사 임무는 H3 발사체와 로버를 일본 측에서 제공하고, 인도 측은 착륙선을 담당할 예정이다.8. 취소된 임무
8. 1. 루노호트 3호
루노호트 프로그램의 일환으로 1977년 달 착륙을 위해 루나 25로 제작되었으나, 발사체와 자금 부족으로 인해 달로 발사되지 못했다. 현재는 NPO 라보킨 박물관에 보관되어 있다.8. 2. 아폴로 LRV 4, 5, 6
아폴로 18호, 19호, 20호에 사용될 예정이었던 월면차(LRV-4, LRV-5, LRV-6) 중에서는 아폴로 18호의 월면차(LRV-4)만 제작되었다.[32] 해당 임무가 취소된 후, 이 월면차는 이전 월면차의 부품으로 사용되었다.[32][33]8. 3. Resource Prospector
Resource Prospector는 NASA가 달의 극지방에서 탐사 원정을 수행할 예정이었던 로버 임무 계획이었으나, 2018년 4월에 취소되었다. 이 로버는 달, 화성 및 기타 태양계 천체에 대한 보다 저렴하고 지속 가능한 유인 탐사를 촉진할 수 있는 수소, 산소 및 달의 물과 같은 휘발성 물질의 위치를 감지하고 지도화하려고 하였다.
임무 취소 당시에는 아직 사전 준비 단계에 있었으며, 2022년에 발사될 예정이었다. 이 과학 기기는 NASA의 새로운 상업 달 탑재체 서비스 프로그램을 통해 계약된 여러 상업용 착륙선 임무에 탑재될 예정이었다.
8. 4. VIPER
VIPER는 달의 영구 음영 지역에서 물 얼음을 찾기 위한 NASA의 로버 임무였다. 그러나 이 임무는 다른 임무로 대체되었다.참조
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中国の月面探査車「玉兎」、稼働を停止
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＜企画＞ついに稼働停止――心温まる月面ローバー「玉兎号」の物語
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JAXAとトヨタ、国際宇宙探査ミッションへの挑戦に合意 -将来の月面でのモビリティ実現を目指して-
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インド月探査機「チャンドラヤーン3号」が月南極の温度を測定–何度だった？
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