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한국형 달 표면 과학 탑재체


한국천문연구원은 미 항공우주국(NASA, National Aeronautics and Space Administration)의 민간 달 수송 서비스(CLPS, Commercial Lunar Payload Services) 계획에 참여할 달 표면 과학 탑재체 4종을 국내 대학 및 민간 기업과 함께 개발하고 있습니다. 이는 천문연-NASA 간 탐사과학 실무 그룹을 기반으로 추진되고 있으며, 과학기술정보통신부에서 <한미 민간 달 착륙선 탑재체 공동연구> 사업을 통해 탑재체 개발에서부터 임무 운영, 관측자료 분석까지 지원합니다.

※ 달 과학 관측자료 데이터베이스 바로가기>> http://pda.kasi.re.kr

달 우주환경 모니터(LUSEM, 루쎔)는 한 쌍의 고에너지 입자 검출기(SST, Solid-State Telescope)입니다. 두 검출기는 각각 하늘과 표면을 바라보도록 서로 반대로 설계되어 달 표면에 들어오는 입자와 표면에서 반사되는 입자를 동시에 관측할 수 있습니다. LUSEM은 달이 지구 자기꼬리 안과 밖에 있을 때 월면 부근 우주 환경의 변화를 모니터하고자 합니다. 50 킬로전자볼트(keV) 이상의 이온과 전자를 각각 검출합니다.

LUSEM은 정지궤도기상위성 천리안 2호(Geo-KOMSAT-2A, GK2A)에 실린 한국 우주환경 모니터(KSEM, Korea Space Environment Monitor) 개발 경험을 기반으로 합니다.

* 발사 시기: 2024
* 착륙지: 라이너 감마 스월(Reiner Gamma swirl)

LUSEM Sensor Head (LSH) & bracket
[LUSEM 센서부와 각도 조절 브라켓]
LUSEM - LSH Operative Concept
[LUSEM 센서부 작동 원리]
LUSEM IDPU
[LUSEM 전장부]

LUSEM - Artist concept LUSEM - Artist concept
[인튜이티브 머신즈(Intuitive Machines)의 달 착륙선 Nova-C에 탑재된 LUSEM 개념도]

달 표면 우주방사선 측정기 (LVRAD, 엘브이라드)는 달의 방사선 환경을 탐사합니다. 입자선량분광계(PDS, Particle Dosimeter and Spectrometer)로 월면의 방사선량을 측정하고, 조직등가선량계(TED, Tissue-Equivalent Dosimeter)로 달 방사선 환경이 생체 조직에 미치는 영향을 분석합니다. 고속 및 열 중성자 분광계(NS-F & NS-E, Fast & Epithermal Neutron Spectrometers)로는 달 표면 아래의 수분 등을 탐색합니다.

LVRAD는 차세대소형위성 2호(NEXTSat-2)의 근지구 우주방사선 측정장비 레오도스(LEO-DOS, Low-Earth Orbit Space Radiation Dosimeter) 등의 개발 경험을 기반으로 합니다.

LVRAD - TED & PDS 3D model
[LVRAD - TED (왼쪽), PDS (오른쪽) 형상 모델]
LVRAD - NS-F 3D model
[LVRAD - NS-F 형상 모델]
LVRAD - NS-F 3D model
[LVRAD - NS-E 형상 모델]

달 표면 자기장 측정기 (LSMAG, 엘에스매그)는 달 표면에서 자기장을 측정하고 태양 고도에 따른 일변화를 관찰합니다. 플럭스게이트 자력계 두 개와 가속도계 하나가 좁고 긴 원통형 막대 안에 설치되며, 달에 착륙한 뒤 막대를 펼쳐 월면에 평행하게 합니다. LSMAG는 달 표면에서 자기장의 세기와 방향을 측정하여 자력원이 지하 어느 깊이에 묻혀 있는지 조사합니다. 이를 통해 달의 현재는 물론 고대의 자기장에 대해 탐구합니다.

LSMAG는 한국형 시험용 달 궤도선 다누리(KPLO, Korea Pathfinder Lunar Orbiter)에 실린 KPLO 자력계(KMAG, KPLO MAGnetometer) 개발 경험을 기반으로 합니다.

LSMAG unfolded 3D model
[LSMAG 형상 모델]

달 표토 3차원 영상 카메라 (GrainCams, 그레인캠스)는 달 표면 부근의 먼지 입자를 관측하는 두 개의 라이트필드 카메라, SurfCam(서프캠)과 LevCam(레브캠)으로 구성됩니다. SurfCam은 착륙선으로부터 멀리 이동하면서 소위 '요정의 탑'(fairy castle)이라는 별명으로 불리는 달 토양 미세 구조의 3차원 영상을 촬영합니다. 달에서는 토양 입자가 표면 상층부에 쌓일 때 지구와는 다른 독특한 구조를 이룰 것으로 예측됩니다. LevCam은 달 표면 가까이에 떠다니는 먼지 입자를 관측하고, 태양 고도 및 전기장, 자기장 변화에 따른 입자의 움직임을 관찰합니다.

GrainCams는 달과 중력 환경이 다른 지구상의 실험실에서 재현할 수도 없고, 달에서 그대로 채취해 올 수도 없는 독특한 미세구조를 직접 관찰합니다. 이런 관측은 우리나라에서 처음 시도하는 것입니다.

GrainCams - LevCam 3D model GrainCams - SurfCam 3D model
[GrainCams - LevCam 형상 모델] [GrainCams - SurfCam 형상 모델]


한국천문연구원은 우주 탑재체를 개발하고 운용했던 경험이 있는 열정적인 전문 연구진과 함께 달 표면 과학 탑재체 사업을 이끌고 있습니다. 우리나라에서 개발한 관측기기들이 달 표면에서 성공적으로 임무를 마치면, 달이라는 우리의 이웃을 더 잘 이해할 수 있는 중요한 과학 관측 자료를 얻게 됩니다. 천문연은 10여년이 넘는 오랜 공동연구경험과 신뢰를 바탕으로, 계속해서 NASA와 과학 연구 및 우주 탐사를 위해 협력해 나가고자 합니다. 무엇보다도, 이 사업에서 얻게 될 모든 과학 자료와 연구 성과, 기술, 경험 등은 앞으로 한국의 달 및 우주 탐사 임무에 귀중한 자산이 될 것입니다.



문의: 심채경 (cksim [@] kasi.re.kr)