루나 게이트웨이
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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. 
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.[129] 
게이트웨이 우주 정거장의 명칭과 휘장은 미국 세인트루이스 게이트웨이 아치의 이름과 그 모양에서 유래되었다.[12][13] 이전에는 심우주 관문(DSG)으로 알려졌으나, 2019년 미국 연방 예산안에 대한 NASA의 2018년 제안에서 달 궤도 플랫폼-관문(LOP-G)으로 이름이 변경되었다.[14][15] 
게이트웨이는 달 주위를 도는 근직선 할로 궤도(NRHO)에 배치될 예정이다.[33] 이 궤도는 달 극 궤도에 도달하기 위한 효율적인 경로를 제공하며, 지구와의 통신 두절을 최소화한다.[34][35][36] 선택된 NRHO의 궤도 이심률은 가장 가까운 지점에서 달 북극 표면으로부터 1500km 이내, 달 남극을 지나 70000km까지, 약 7일의 궤도 주기를 갖는다. 
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.
2. 역사
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 15.7억원)를 투자한다고 밝혔다.[149] 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.[17] 2018년 2월, NextSTEP 연구 및 기타 국제 우주 정거장(ISS) 파트너 연구가 게이트웨이의 거주 모듈에 필요한 기능을 안내하는 데 도움이 될 것이라고 발표되었다.[18] 게이트웨이의 태양광 전기 전력 및 추진 요소(PPE)는 원래 현재 취소된 소행성 재지향 임무의 일부였다.[19]
2017년 11월 7일, NASA는 전 세계 과학계에 지구-달 궤도 공간에 위치한 심우주 게이트웨이를 활용할 수 있는 과학 연구에 대한 개념을 제출하도록 요청했다.[4] 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.[21]
NASA는 원래 소행성 재지정 미션의 일환으로 게이트웨이 건설을 검토했지만, 나중에 중단되었다.[128][135] NASA와 러시아 연방 우주국(로스코스모스)은 2017년 9월 27일, 비공식적인 공동 성명을 통해 양측의 협력을 발표했다.[120] 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.[129]
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.[17] 2018년 2월, NextSTEP 연구 및 기타 국제 우주 정거장(ISS) 파트너 연구가 게이트웨이의 거주 모듈에 필요한 기능을 안내하는 데 도움이 될 것이라고 발표되었다.[18]
2017년 11월 7일, NASA는 전 세계 과학계에 지구-달 궤도 공간에 위치한 심우주 게이트웨이를 활용할 수 있는 과학 연구에 대한 개념을 제출하도록 요청했다.[4] 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.[20]
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.[3] 푸에르토리코 대학교 마야게스의 "달 탐사 및 극지 접근"이 우승 개념으로 선정되었다.[21]
2. 3. 국제 협력
2017년 9월, NASA와 러시아의 로스코스모스는 프로그램 협력에 대한 비공식 공동 성명을 발표했다.[6] 그러나 2020년 10월, 로스코스모스의 수장 드미트리 로고진은 이 프로그램이 로스코스모스가 참여하기에는 너무 "미국 중심적"이라고 평가했고,[22] 2021년 1월, 로스코스모스는 프로그램 불참을 발표했다.[23]
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.[24]
3. 작명
2019년 11월, NASA는 미국의 프론티어 상징인 세인트루이스 게이트웨이 아치에서 영감을 얻은 우주 정거장의 이름과 로고를 공개했다.[16]
4. 궤도 및 운영
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 Δ''v''와 반나절의 이동 시간으로 낮은 극 궤도에 도달할 수 있다. 궤도 유지에는 연간 10 m/s 미만의 Δ''v''가 필요하며, 궤도 경사는 비교적 작은 Δ''v''만으로 변경하여 달 표면의 대부분에 접근할 수 있다.[37]
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,[38] 시간이 지남에 따라 더 복잡한 임무를 위한 역량을 점진적으로 구축할 수 있는 기회를 제공할 것이다.[39]
5. 구조
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.[43]


5. 1. 계획된 모듈
| 모듈 | 설명 | 발사체 | 발사 예정일 | 
|---|---|---|---|
| 전력 및 추진 요소(PPE) | 게이트웨이 지휘 및 통신 센터 역할, 50kW 태양전지 출력, 글렌 연구 센터 개발 이온 엔진 사용. | 팰컨 헤비[150] | 2022년 12월[150] | 
| 거주 및 물류 전초기지(HALO) | 시그너스 (우주선) 기반, 4명 승무원 최소 30일 지원. 축소된 거주 모듈, 방사형 도킹 포트, 차체 장착형 라디에이터(BMR), 배터리 및 통신 안테나. | 상업용 우주 발사체[152] | 2023년 11월[152][153] | 
| 유럽 보급, 인프라 및 통신 제공 시스템(ESPRIT) | 추가 연료(제논, 하이드라진) 용량, 통신 장비, 과학 패키지용 에어록 제공. | 미정 | 2029년[80] | 
| 국제 거주 모듈(I-HAB) | 일본과 협력, ESA 제작. JAXA 생명 유지 시스템, NASA 항공 전자 공학 및 소프트웨어, 캐나다 우주국(CSA) 로봇 공학 포함. | 상업용 우주 발사체 | 2026년 | 
| Canadarm3 | 캐나다 우주국(CSA) 제작 로봇 팔. | 미정 | 미정 | 
| 승무원 및 과학 에어록 모듈 | 우주 유영 수행 및 심우주 수송체 도킹 포트 제공. 아랍 에미리트 연합 무함마드 빈 라시드 우주 센터(MBRSC) 제작. | 미정 | 2030년경[86] | 
- '''전력 및 추진 요소(Power and Propulsion Element, PPE)''': 원래 취소된 소행성 재지향 임무 위해 개발. 게이트웨이 지휘 및 통신 센터 역할.[47][48] 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.[52][53][27]
 - '''거주 및 물류 전초기지(Habitation and Logistics Outpost, HALO)''': 시그너스 (우주선) 기반,[34][61] 4명 승무원 최소 30일 지원.[60]
 - '''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.[68]
 - '''루나 I-HAB'''[79]: 일본 협력, ESA 제작 추가 거주 모듈.[34]
 - '''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.[86]
 

5. 2. 제안된 모듈
'''관문 물류 모듈'''은 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.[88][89]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.[136]
2019년 3월, 쥐스탱 트뤼도 캐나다 총리는 캐나다우주국(CSA)에서 캐나담 3(Canadarm 3) 개발에 14억달러(약 1조 5천 700억 원)를 투자한다고 발표했다.[149]
당초 미국 항공우주국(NASA)은 소행성 재지정 미션의 일환으로 게이트웨이 건설을 검토했으나, 이는 나중에 중단되었다.[128][135] 2017년 9월, NASA와 러시아 연방 우주국(로스코스모스)은 양측의 협력을 발표했다.[120]
게이트웨이는 달 궤도를 6일 주기로 공전하며, 달 표면으로부터 최저 1500km, 최고 70000km에 위치하는 극도로 긴 타원 궤도(NRHO)에 설치될 예정이다.[129]
2020년 3월, NASA는 게이트웨이에 보급품을 전달할 최초의 상업 파트너로 스페이스X를 발표했다.
| 연도 | 임무 | 임무명 | 발사체 | 유인/무인 | 
|---|---|---|---|---|
| 2022년 12월[150] | 동력 및 추진 모듈 (PPE) 발사[151] | 게이트웨이 우주 정거장 계획 | 팰컨 헤비[150] | 무인 | 
| 2023년 11월[152][153] | 거주 및 물류 모듈 (HALO) 발사 | 게이트웨이 우주 정거장 계획 | 상업용 우주 발사체[152] | 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.[139][140]
 - '''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.[141]
 - '''게이트웨이 물류 모듈''': 캐나다 우주국이 건조하는 로봇 팔을 갖춘다.[143]
 - '''게이트웨이 에어록 모듈''': 우주 유영 및 심우주 수송기의 계류에 사용된다.[136]
 
6. 1. 1단계
전력 및 추진 요소(PPE)와 거주 및 물류 전초기지(HALO)는 2027년에 팰컨 헤비 로켓으로 함께 발사될 예정이다.[1][91]
| 연도 | 임무 목표 | 임무명 | 발사체 | 유인/무인 | 상태 | 
|---|---|---|---|---|---|
| 2027년[1] | 전력 및 추진 요소(PPE) 및 거주 및 물류 전초기지(HALO) 발사 | 팰컨 헤비 | 무인 | 개발 중[92] | |
| 2028년 9월[80] | 오리온 다목적 유인 우주선(MPCV) 및 국제 거주 모듈(I-HAB) 모듈 인도[42] | 아르테미스 IV | SLS 블록 1B | 유인 | 개발 중[93][94][95] | 
| 2030년 3월[96] | 오리온 다목적 유인 우주선(MPCV) 및 유럽 급유, 인프라 및 통신 시스템(ESPRIT) 급유 모듈(ERM) 인도[97] | 아르테미스 V | SLS 블록 1B | 유인 | 개발 중[98] | 
| 2031년 3월[96] | 오리온 다목적 유인 우주선(MPCV) 및 승무원 및 과학 에어록 모듈 인도 | 아르테미스 VI | SLS 블록 1B | 유인 | 개발 중[99] | 
| 2032년 3월[96] | (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.[34] 노트르담 대학교 지질학자 클라이브 니얼은 게이트웨이를 "돈 낭비"라고 비판했으며,[102] 전 NASA 부행정관 Doug Cooke는 게이트웨이 연기를 통해 임무 성공 가능성을 높일 수 있다고 주장했다.[103]
전 NASA 존슨 우주 센터 소장 조지 아비는 달 궤도 우주 정거장 건설 대신 직접 달에 가야 한다고 말했고,[104] 전 NASA 우주 비행사 테리 W. 버츠는 게이트웨이가 인류 탐험을 속박할 것이라고 비판했다.[105] 아폴로 11호 우주 비행사 버즈 올드린은 게이트웨이에 반대하며, 달 착륙 기지로 사용하는 것은 터무니없다고 말했다.[106]
화성 협회 설립자 로버트 주브린은 게이트웨이를 "NASA의 최악의 계획"이라고 비판했고,[108] 퇴역 항공 우주 엔지니어 제럴드 블랙은 게이트웨이가 달 기지 지원에 쓸모없다고 주장했다.[109] 마크 휘팅턴은 달 궤도 프로젝트가 달 귀환에 도움이 되지 않는다고 주장했으며,[110] 천체 물리학자 에단 시겔은 달 궤도 우주 정거장 아이디어가 인류를 발전시키지 못한다고 비판했다.[111]
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.[112]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.[113]
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