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중국 달 탐사 계획

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목차

1. 개요

중국 달 탐사 계획은 2007년 창어 1호 발사를 시작으로, 궤도 비행, 착륙, 샘플 채취 및 반환, 달 기지 건설을 목표로 하는 일련의 무인 및 유인 달 탐사 프로그램이다. 2007년 창어 1호 발사에 성공했고, 2013년 창어 3호가 달 착륙에 성공하여 탐사차 위투를 통해 탐사를 진행했다. 2020년 창어 5호는 달 표본 채취에 성공했으며, 2024년 창어 6호가 달 뒷면에서 샘플을 채취했다. 2030년대 유인 달 착륙을 목표로 하고 있으며, 2021년부터 러시아와 달 기지 건설을 공동으로 추진하며 국제 협력을 강화하고 있다.

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    창어 6호는 중국의 달 탐사 계획으로, 세계 최초로 달 뒷면 샘플을 채취하여 지구로 귀환하는 데 성공했으며, 국제적인 협력을 통해 다양한 과학 장비를 활용한 탐사를 진행하고 궤도선은 확장 임무를 수행하고 있다.
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중국 달 탐사 계획
프로그램 개요
이름중국 달 탐사 프로그램
로마자 표기Zhōngguó Tànyuè Gōngchéng
다른 이름창어 공정 (嫦娥工程, Cháng'é Gōngchéng)
국가중국
조직중국 국가항천국(CNSA)
목적무인 달 탐사 및 2030년부터 유인 우주 비행 시작
상태진행 중
기간2004년 1월 23일–현재
첫 비행창어 1호, 2007년 10월 24일 10:05:04.602 UTC
첫 유인 비행해당 없음
마지막 비행창어 6호, 2024년 5월 3일 09:27:29.132 UTC
성공 횟수9
실패 횟수0
부분적 실패 횟수해당 없음
발사 장소시창 위성 발사 센터
원창 우주 발사 센터
무인 운송 수단달 궤도선, 착륙선, 로버, 샘플 반환 우주선
발사체창정 로켓
프로그램 휘장: 달의 초승달 모양 안에 두 개의 발자국이 있다. 이 심볼은 한자
프로그램 휘장: 달의 초승달 모양 안에 두 개의 발자국이 있다. 이 심볼은 한자 "달(月)"을 닮았다.

2. 계획

중국 달 탐사 프로그램은 4개의 주요 운영 단계로 나뉘며, 각 임무는 미래 임무를 준비하기 위한 기술 시연의 역할을 한다. 이 단계들은 궤도 탐사, 달 착륙, 샘플 귀환, 유인 탐사 준비 등으로 구체화된다. 중국은 다양한 탑재체와 로봇 기지 형태의 국제 협력을 요청하기도 했다.[11]

이 프로그램의 주요 인물은 다음과 같다.


  • 어우양쯔위안: 지질학자이자 우주화학자로서 프로그램의 수석 과학자를 맡고 있다.
  • 예페이젠: 프로그램의 총사령관이자 수석 설계자이다.[4]
  • 쑨자둥: 항공우주공학 기술자이며 프로그램의 총설계자이다.
  • 쑨쩌저우: 부총설계자이다.
  • 루안언지에: 수석 프로그램 매니저이다.

2. 1. 탐사 계획

중국 달 탐사 계획은 궤도선, 착륙선, 로버 및 샘플 반환 우주선을 포함하며, 창정 로켓 시리즈를 사용하여 발사된다. 2023년 7월 컨퍼런스에서 중국이 2030년까지 유인 달 착륙 계획을 공개적으로 발표한 이후, 유인 달 착륙 구성 요소가 프로그램에 추가되었을 가능성이 있다.[33]

탐사 계획의 발사와 비행은 베이징에 50m 안테나와 쿤밍, 상하이, 우루무치에 40m 안테나를 사용하여 3000km VLBI 안테나망을 형성하는 원격 측정, 추적 및 제어(TT&C) 시스템에 의해 모니터링된다.[1][2] 독점적인 지상 응용 시스템은 다운링크 데이터 수신을 담당한다.

탐사 계획은 크게 궤도 주회, 착륙, 샘플 반환이라는 3단계로 구성되며, 탐사선은 단계적으로 달에 보내진다. 이 계획들은 모두 무인으로 진행되며, 약 20년이 소요될 것으로 예상된다.

;궤도 주회 (창어 1호, 창어 2호)

: 달 탐사선을 개발하고 발사하여, 달 표면 전체를 대상으로 한 3차원 영상을 제작한다. 달 표면에 있는 유용한 원소의 양과 물질 분포를 조사하고, 달 토양의 특성과 달의 환경을 조사하는 것을 목표로 한다. 창어 1호는 2007년 10월 24일에, 창어 2호는 2011년 10월 1일에 성공적으로 발사되었다.

;착륙 (창어 3호, 창어 4호)

: 달 표면에 착륙하고, 달 탐사차(로버)를 이용한 탐사를 실시한다. 창어 3호는 2013년에 발사되었다.

;샘플 반환 (창어 5호, 창어 6호)

: 채취한 달 표면의 샘플을 소형 귀환 모듈을 사용하여 지구로 가져온다. 중국은 지구 궤도 너머에서 고속으로 캡슐을 대기권에 재돌입시켜 회수한 경험이 부족했기 때문에, 창어 5호 임무에 대비하여 시험기 창어 5호 T1을 달 궤도에 보낸 후 초속 10.9km의 속도로 지구 대기권에 돌입시키는 시험을 2014년 10월에 실시했다.[42] 2020년 11월에 발사된 창어 5호는 같은 해 12월 17일 중국 최초의 달 샘플 반환에 성공했다. 2024년 5월에 발사된 창어 6호는 세계 최초로 달 뒷면에서의 샘플 반환에 성공했다.[43] 2017년에는 달 착륙 후 샘플을 채취해 지구로 귀환하는 것을 목표로 하는 탐사선 발사가 예정되어 있었다.

2019년, 중국 국가우주국 국장 장커젠은 중국이 "향후 10년 이내"에 달 남극에 과학 연구 기지를 건설할 계획이라고 발표했다.[3]

2. 2. 착륙 계획 (유인)

우주 비행사를 달 표면에 보내 각종 과학 실험을 수행하고, 장기 체류를 위한 준비를 한다.

2. 3. 체류 계획 (유인)

달 기지를 건설하고, 우주 비행사가 달에 장기간 체류하는 것을 목표로 한다.

3. 세부 임무

중국 달 탐사 계획은 궤도선, 착륙선, 로버 및 샘플 반환 우주선을 포함하며, 이들은 모두 창정 시리즈 로켓을 사용하여 발사된다. 2023년 7월 컨퍼런스에서 중국이 2030년까지 유인 달 착륙 계획을 공개적으로 발표한 이후, 유인 달 착륙 구성 요소가 프로그램에 추가되었을 가능성이 있다.[33]

탐사선의 발사와 비행은 원격 측정, 추적 및 제어(TT&C) 시스템을 통해 모니터링된다. 이 시스템은 베이징에 위치한 50m 안테나와 쿤밍, 상하이, 우루무치에 위치한 40m 안테나를 사용하여 3000km VLBI 안테나 네트워크를 구성한다.[1][2] 지상 응용 시스템은 탐사선이 보내오는 데이터를 수신하는 역할을 담당한다.

3. 1. 1단계: 궤도 임무

1단계는 두 개의 달 궤도 위성 발사를 포함하며, 현재 완료되었다.

  • '''창어 1호''' (zh): 2007년 10월 24일 시창 위성 발사 센터에서 창정 3A 로켓으로 발사되었다.[5] 이는 중국 최초의 달 탐사 임무였다. 창어 1호는 달 전체를 전례 없는 수준으로 스캔하여, 향후 연착륙을 위한 참고 자료가 될 고해상도 3D 지도를 생성했다.[5] 또한 달 표면의 다양한 화학 원소의 풍부도와 분포를 조사하여 잠재적 자원 평가의 기초를 마련했다. 임무를 마친 창어 1호는 2009년 3월 1일 의도적으로 달 표면의 풍요의 바다에 충돌하며 임무를 종료했다.

  • '''창어 2호''' (zh): 2010년 10월 1일 창정 3C 로켓으로 발사되었다.[44] 창어 1호보다 빠른 5일 만에 달 궤도에 도착하여 더욱 상세한 달 지도를 작성했다. 주요 임무 완료 후, 2011년 6월 9일 달 궤도를 떠나 지구-태양 L2 라그랑주 점으로 이동하여 원격 측정, 추적 및 제어(TT&C) 네트워크를 시험했다. 이후 2012년 12월 13일 소행성 4179 토우타티스를 근접 비행하고 심우주로 나아가 TT&C 네트워크를 추가로 시험하는 연장 임무를 성공적으로 수행했다.

3. 2. 2단계: 착륙선/탐사차 임무

2단계는 달에 연착륙하고 달 탐사 로버를 배치할 수 있는 우주선을 보내는 것을 목표로 한다. 착륙선에 탐사차를 싣고 가 달 표면에서 탐사를 진행하는 방식이다.

  • '''창어 3호''': 2013년 12월 2일 창정 3호 B 로켓에 실려 발사되었으며,[45] 2013년 12월 14일 달의 고요의 바다에 성공적으로 착륙했다.[45] 이는 소련, 미국에 이어 세계에서 세 번째로 달 착륙에 성공한 사례이자 중국 최초의 달 착륙이었다. 창어 3호에는 140kg 무게의 달 탐사 로버 위투(玉兔)가 탑재되었다. 위투는 3개월 동안 약 3sqkm의 지역을 탐사하며 달의 지형과 지질 구조, 자원 분포 등을 조사하도록 설계되었다. 또한, 창어 3호는 은하, 활동성 은하핵, 변광성 등 천체와 지구 플라스마권에 대한 자외선 관측 임무도 수행할 예정이었다. 탐사선과 로버는 임무 완료 후 지구로 귀환하지 않고 달에 남았다.

  • '''창어 4호''': 원래 창어 3호의 예비용으로 제작되어 2015년 발사가 계획되었으나, 창어 3호가 성공함에 따라 임무 목표가 변경되어 다음 단계의 실험용 탐사선으로 활용되었다.[7] 창어 4호의 달의 뒷면 착륙을 지원하기 위해, 통신 중계 위성인 췌차오(鹊桥)가 2018년 5월 20일 먼저 발사되어 지구-달 L2 점에 배치되었다. 창어 4호는 2018년 12월 7일 창정 3B호 로켓으로 발사되었고, 2019년 1월 3일 인류 최초로 달의 뒷면인 남극-에이트켄 분지 내 폰 카르만 충돌구에 성공적으로 착륙했다.[8][48] 창어 4호는 착륙 후 위투 2호 로버를 배치하여 달 뒷면 탐사를 시작했다.[8]

3. 3. 3단계: 표본 회수 임무

3단계는 달 표면에서 표본을 채취하여 지구로 귀환시키는 것을 목표로 한다. 이 단계에서는 창어 5-T1호, 창어 5호, 창어 6호 임무가 수행되었다.

  • 창어 5-T1호: 2014년 10월 23일에 발사되었다. 이 임무는 향후 달 샘플 귀환 임무에 필요한 기술, 특히 지구 대기권 재진입 기술을 시험하기 위한 실험 비행이었다.[42] 탐사선은 달의 뒷면을 경유하는 자유 귀환 궤도를 따라 비행한 후[46], 2014년 10월 31일 귀환 캡슐이 내몽골에 성공적으로 착륙했다.[47]
  • 창어 5호: 2020년 11월 23일 창정 5호 로켓으로 발사되었다. 2020년 12월 1일 달의 폭풍의 대양 북쪽에 위치한 뢴커 산(Mons Rümker) 부근에 착륙하여[31] 달 표면 토양과 암석 샘플 1731g을 채취했다. 이후 2020년 12월 16일 샘플을 담은 귀환 모듈이 지구로 성공적으로 귀환하여 중국 최초의 달 샘플 반환 임무를 완수했다.[49]
  • 창어 6호: 2024년 5월 3일 창정 5호 로켓으로 발사되었다.[14][15][16] 2024년 6월 1일 달의 뒷면에 위치한 남극-에이킨 분지 내의 아폴로 분지에 착륙했다.[32][17][18] 이 임무는 세계 최초로 달 뒷면의 샘플을 채취하여 2024년 6월 25일 지구로 귀환하는 데 성공했다.[43] 또한, '진찬'이라는 소형 로버를 탑재하여 달 표면 탐사 및 착륙선 촬영 임무를 수행했다.[19]

3. 4. 4단계: 달 로봇 연구 기지

4단계는 달 남극 근처에 자율적인 달 연구 기지를 건설하는 것을 목표로 한다.[11][11][12] 2019년, 중국국가항천국 국장 장커젠은 중국이 향후 10년 안에 달 남극에 과학 연구 기지를 건설할 계획이라고 발표했으며,[3] 이전 세 단계를 성공적으로 완료한 후 2023년에 4단계 프로그램 개발이 본격적으로 시작되었다.[13]

4단계의 주요 임무는 다음과 같다.

임무발사일(예정)발사체착륙일(예정)귀환일(예정)임무 유형비고상태
계교 2호2024년 3월 20일창정 8호달 중계 위성창어 6호, 창어 7호, 창어 8호 등 향후 달 임무 지원.[14]성공, 진행 중
창어 6호2024년 5월 3일[14][15][16]창정 5호2024년 6월 1일[32]2024년 6월 25일달 궤도선, 착륙선, 로버, 샘플 귀환달의 뒷면 남극-에이킨 분지의 아폴로 분지에 착륙하여 지형, 구성, 지하 구조를 조사하고 샘플을 지구로 반환.[17][18] 진찬 로버를 탑재하여 적외선 분광법 수행 및 착륙선 촬영.[19]성공, 진행 중
창어 7호2026년 (예정)창정 5호예정달 표면 탐사 (궤도선, 착륙선, 로버, 소형 비행 탐사선)달 남극 자원 탐사 수행.[20]계획 중
창어 8호2028년 (예정)창정 5호예정달 표면 탐사 (착륙선, 로버, 비행 탐지기 등)현장자원활용(ISRU) 및 3D 프린팅 기술 검증.[20][21] 달 과학 기지 건설에 필요한 기술 시험 및 소형 밀폐 생태계 실험 운송.[11][22]계획 중


3. 5. 유인 달 착륙 임무 단계

2023년 7월 컨퍼런스에서 중국은 2030년까지 유인 달 착륙을 목표로 하는 계획을 공식 발표했으며, 이에 따라 유인 달 착륙 구성 요소가 프로그램에 추가되었다.[33] 이 계획은 창정 10호 로켓을 두 차례 발사하여, 멍저우 유인 우주선과 란위에 유인 달 착륙선을 통해 두 명의 우주 비행사를 달 표면에 착륙시키는 것을 목표로 한다.[33] 달에 착륙한 우주 비행사들은 각종 과학 실험을 수행하고, 향후 장기 체류를 위한 준비 작업을 진행할 예정이다.

3. 6. 2035년 이후: 국제 달 기지 및 응용

중국 달 탐사 계획의 장기 목표 중 하나는 달 기지를 건설하고, 우주 비행사가 달에 장기간 머무를 수 있도록 하는 것이다.

4. 핵심 기술

창어 계획 1단계의 주요 과제 중 하나는 원격 측정 및 원격 제어(TT&C, Telemetry, Tracking, and Command) 시스템 운영이었다. 달 궤도 탐사선과 통신하려면 충분한 통신 거리가 확보되어야 했기 때문이다.[34] 기존 중국의 위성 원격 측정 시스템은 약 80000km 범위까지 통신이 가능했지만, 달이 원지점에 있을 경우 지구와의 거리는 400000km를 넘을 수 있다. 또한, 탐사선은 달까지 비행하고 달 궤도에서 운용되는 동안 복잡한 자세 제어 기동을 수행해야 했다. 중국 영토의 동서 간 거리가 5000km에 달하는 점도[35] 지속적인 TT&C 통신 유지에 어려움을 더했다. 현재는 TT&C 시스템과 중국 천문 관측 네트워크를 결합하여 창어 계획의 요구 사항을 충족시키고 있지만,[36] 기술적 여유가 크지 않다.

창어 계획 임무 수행 중 마주치는 복잡한 우주 환경은 탐사선과 탑재 장비의 환경 적응성과 신뢰성에 대한 높은 수준의 기술을 요구했다. 지구-달 사이 공간의 높은 방사선 환경은 우주선의 전자기기 손상을 막기 위해 방사선 경화 처리된 전자 부품 사용이 필수적이었다. 또한, 탐사선이 태양을 향하는 면은 130°C까지 온도가 올라가고 반대편은 -170°C까지 내려가는 극심한 온도 변화에 대응하기 위해 정밀한 온도 제어 기술이 탐사선 설계에 중요하게 반영되었다.

지구, 달, 우주 탐사선이라는 세 천체의 중력이 상호작용하는 환경 때문에 달 궤도선의 궤도 설계는 지구 궤도 위성보다 훨씬 복잡하다. 창어 1호와 창어 2호는 발사 후 먼저 길쭉한 타원 형태의 지구 궤도에 진입했다. 발사체에서 분리된 뒤, 위상 변조 궤도에서 세 차례 가속하여 지구-달 전이 궤도로 들어섰다. 이 가속 과정은 임무 시작 후 16시간, 24시간, 48시간 시점에 이루어졌으며, 탐사선이 달 중력에 안정적으로 포획되도록 여러 차례 궤도 수정과 자세 제어 기동이 병행되었다. 지구-달 전이 궤도에서 4~5일간 비행한 후, 각 탐사선은 달 궤도에 진입했다. 목표 궤도에 성공적으로 진입한 후에는 세 번의 감속 기동과 세 단계의 서로 다른 궤도 조정을 거쳐 최종 임무 궤도에 도달했다.

달 궤도선은 임무 수행을 위해 지구, 달, 태양에 대해 정밀하게 방향을 유지해야 한다. 탑재된 모든 관측 장비는 달 표면을 향해야 과학 임무를 수행할 수 있고, 통신 안테나는 지구를 향해야 명령 수신과 데이터 전송이 가능하며, 태양 전지판은 태양을 향해야 전력을 생산할 수 있다. 달 궤도를 도는 동안 지구, 달, 태양의 상대적 위치가 계속 변하기 때문에, 우주선 자세 제어는 복잡한 3차원 벡터 제어 과정이다. 창어 위성은 이 세 천체에 대해 최적의 각도를 유지하기 위해 매우 정밀하게 자세를 조정해야 한다.

창어 계획 2단계에서는 탐사선이 달 표면에 안전하게 연착륙해야 했으므로, 착륙 과정에서 위험한 지형을 피할 수 있는 자동 위험 회피 시스템 개발이 필수적이었다. 창어 3호는 아래를 향하는 카메라와 2개의 거리 측정 장치에서 얻은 데이터를 특수 소프트웨어로 처리하는 컴퓨터 비전 시스템을 활용했다. 이 소프트웨어는 탐사선의 자세와 주 엔진의 추력을 조절하며 최종 착륙 단계를 제어했다. 탐사선은 먼저 100m 상공에서, 이후 30m 상공에서 잠시 호버링하며 착륙에 적합한 안전한 지점을 탐색했다. 달 탐사 로버인 위투 역시 전방 스테레오 카메라와 위험 회피 기술을 탑재하여 자율적으로 장애물을 피하며 이동하도록 설계되었다.

5. 국제 협력

중국 달 탐사 프로그램은 다양한 탑재체와 로봇 기지 형태로 국제 협력을 진행하고 있다.[11]


  • 창어 1호: 2007년에 발사된 중국 최초의 달 궤도선으로, 유럽 우주국(ESA)의 장비(D-CIXS)를 탑재하여 달 표면의 원소 조성을 측정했다. 또한 호주와 스페인에 있는 ESA 지상국으로부터 추적 및 데이터 중계 지원을 받았다.
  • 창어 2호: 2010년에 발사된 두 번째 달 궤도선으로, 독일 항공우주센터(DLR)에서 제공한 레이저 고도계를 탑재하여 달 지형을 정밀하게 지도화했다. 소행성 4179 투타티스까지 연장된 임무 동안에는 통신 및 항법을 위해 ESA의 심우주 네트워크를 사용했다.
  • 창어 3호: 2013년에 발사된 중국 최초의 달 착륙선 및 탐사 로봇으로, 중국 국가천문대(NAOC)와 국제 달 관측소 협회(ILOA)가 개발한 달 자외선 망원경(LUT)을 탑재하여 달 표면에서 최초의 천문 관측을 수행했다. 착륙 과정에서는 미국 항공우주국(NASA)의 달 정찰 궤도선(LRO)으로부터 데이터 중계 지원을 받았다.
  • 창어 4호: 달 뒷면에 착륙한 최초의 임무로, 네덜란드, 독일, 스웨덴, 사우디아라비아에서 제공한 4개의 국제 과학 탑재체를 실었다. 또한 NASA의 LRO팀, 러시아의 방사성 동위원소 열원, 아르헨티나에 있는 중국의 심우주 기지, ESA의 추적 기지로부터 지원을 받았다.
  • 창어 5호: 1976년 이후 처음으로 달 샘플을 회수한 임무로, ESA, 아르헨티나, 나미비아, 파키스탄 등 여러 국가 및 기관으로부터 원격 측정, 추적 및 제어(TTC) 분야에서 국제 협력을 받았다. 프랑스의 자기장 감지기를 탑재했으며, 호주, 러시아, 프랑스, 미국, 영국, 스웨덴 등 다양한 국가의 과학자들이 중국이 가져온 달 샘플 연구에 참여했다.


2017년 11월, 중국과 러시아는 달 및 심우주 탐사에 관한 협력 협정을 체결했다.[37] 이 협정은 달 및 심우주 탐사, 우주선 공동 개발, 우주 전자공학, 지구 원격 탐사 데이터 수집 및 공유, 우주 잔해 감시 등 6개 분야의 협력을 포함한다.[11][38][39] 러시아는 유인 우주 비행 분야에서도 중국과의 협력을 강화하여 유인 달 착륙선 공동 개발 등을 모색할 가능성이 있다.[40]

6. 타임라인

wikitext

창어 계획 주요 임무 타임라인
탐사선발사일임무 종료/상태주요 내용
창어 1호2007년 10월 24일2009년 3월 1일달 탐사
창어 2호2010년 10월 1일2014년 1월 1일달 탐사
창어 3호2013년 12월 1일운용 중달 착륙
창어 5-T12014년 10월 23일2014년 10월 31일달 귀환 기술 시험
췌차오 1호2018년 5월 20일운용 중창어 4호 통신 중계 위성
창어 4호2019년 12월 7일운용 중인류 최초 달 뒷면 착륙
창어 5호2020년 11월 23일2020년 12월 16일달 착륙 후 샘플 채취 및 지구 귀환
췌차오 2호2024년 3월 20일운용 중창어 6, 7, 8호 통신 중계 위성
창어 6호2024년 5월 3일운용 중달 뒷면 샘플 채취 및 지구 귀환 (예정)
창어 7호2026년 (예정)발사 예정달 남극 탐사
창어 8호2028년 (예정)발사 예정달 기지 건설 기술 검증


참조

[1] 웹사이트 '"嫦娥奔月"地面主干工程基本完成 云南天文台巨型射电追踪望远镜年底投入使用' https://web.archive.[...]
[2] 웹사이트 巨型望远镜送"嫦娥"飞月-望远镜,嫦娥-北方网-科技无限 https://web.archive.[...] 2007-03-09
[3] 웹사이트 China to build moon station in 'about 10 years' https://phys.org/new[...]
[4] 웹사이트 嫦娥工程总指挥兼总设计师叶培建 http://news.sohu.com[...] 2017-06-07
[5] 웹사이트 "嫦娥一号"发射时间确定 但未到公布时机 https://web.archive.[...] Xinhua News Agency 2007-07-12
[6] 웹사이트 阅读文章 https://web.archive.[...]
[7] 뉴스 China Celebrates Lunar Probe and Announces Return Plans https://sinosphere.b[...] 2013-12-16
[8] 웹사이트 China lunar rover successfully touches down on far side of the moon, state media announces https://edition.cnn.[...] 2019-01-03
[9] 웹사이트 China recovers Chang'e-5 moon samples after complex 23-day mission https://spacenews.co[...] 2020-12-16
[10] 웹사이트 China's Chang'e-5 retrieves 1,731 kilograms of moon samples http://www.cnsa.gov.[...]
[11] 간행물 China's Planning for Deep Space Exploration and Lunar Exploration before 2030 http://epizodsspace.[...]
[12] 간행물 A Tentative Plan of China to Establish a Lunar Research Station in the Next Ten Years http://adsabs.harvar[...]
[13] 웹사이트 China to advance lunar exploration program https://english.news[...] 2023-02-07
[14] 트윗 "Update:
2024 Queqiao-2 data relay
2025 Chang'e-6 lunar sample return from far side
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