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미국 항공우주국(NASA)이 2026년 10월 23일 아르테미스(Artemis) 달 탐사 프로그램의 구조 개편안을 공식 발표하며, 2027년 아르테미스 3호 미션을 지구 저궤도(LEO) 시험 비행으로 전환하고 2028년 달 표면 유인 착륙을 추진한다고 밝혔다. 이번 개편은 블루 오리진과 스페이스X가 개발 중인 민간 달 착륙선의 기술적 위험을 사전에 줄이고 우주선 간 연동 절차를 사전 검증하여 인류의 달 복귀 성공률을 높이기 위해 전격 단행되었다.
2027년 아르테미스 3호, 지구 저궤도서 착륙선 도킹 실증 미션으로 전환
NASA 발표에 따르면 2027년 발사 예정인 아르테미스 3호는 달 표면에 직접 내려앉는 대신, 4명의 우주비행사를 탑승시킨 오리온(Orion) 우주선을 지구 저궤도로 쏘아 올리는 약 14일간의 대규모 실증 임무를 수행한다. 이번 미션에는 랜디 브레스닉(Randy Bresnik), 프랭크 루비오(Frank Rubio), 안드레 더글러스(Andre Douglas) NASA 우주비행사와 유럽우주국(ESA) 소속 루카 파르미타노(Luca Parmitano)가 승무원으로 탑승한다. 아르테미스 3호는 단일 로켓을 사용했던 이전 미션들과 달리, 짧은 기간 내에 서로 다른 3대의 대형 로켓으로 우주선 3대를 잇따라 발사하는 복잡한 운용 방식을 취한다.
미션은 블루 오리진의 ‘블루 문 마크 2(Blue Moon Mark 2)’ 착륙선 시험체를 고도 약 273마일(약 439km)의 원형 지구 저궤도로 먼저 발사하면서 시작된다. 이후 플로리다주 케네디 우주센터에서 우주발사시스템(SLS) 로켓에 탑재되어 발사된 오리온 우주선은 궤도 수정 과정을 거쳐 고도 345마일(약 555km)에서 열적 안정을 확보한 뒤 블루 문 시험체와 랑데부 및 도킹을 추진한다. 우주비행사들은 도킹 후 2일간 블루 문 내부로 진입하여 거주성, 생명 유지 장치, 기압 유지 능력을 점검하며, 이는 민간 유인 착륙선과 오리온의 우주 공간 상호 운용성을 승무원이 직접 평가하는 최초의 사례가 된다.
스페이스X 스타십 도킹 실증과 지구 궤도 추가 시험 과제
블루 오리진과의 검증을 마친 오리온은 언도킹 후 스페이스X가 발사한 ‘스타십(Starship) 버전 3’ 시험체와 두 번째 랑데부 및 도킹을 시도한다. 고도 206해리(약 381km) 궤도에 대기하는 스타십 전면 도킹 시스템과 오리온이 연결되어 최대 2시간 동안 제어성, 통신, 통합 소프트웨어 및 도킹 동역학 특성을 평가한다. 이번 스타십 도킹 시험에서는 승무원이 스타십 내부로 이동하지는 않으며, 오리온이 블루 문의 측면 포트와 스타십의 전면 포트를 모두 검증하는 차별화된 도킹 기하학 구조를 테스트하게 된다.
두 번의 도킹 실증이 끝난 후 오리온 승무원들은 최대 5일간 지구 저궤도에 머물며 추가적인 우주 비행 테스트를 수행한다. 이 기간 동안 오리온 승무원 생존 시스템 구명복 평가, 도킹 센서 시험, 열 및 음향 데이터 수집, 세포 생물학 실험, 달 샘플 지상 수송 개념 검증 등이 진행된다. 임무를 마친 오리온 우주선은 지구 대기권 재입성을 거쳐 태평양 캘리포니아 해안 앞바다에 착수(Splashdown)하며, NASA와 미국 해군이 정밀 회수 작업을 맡는다.
2028년 달 표면 유인 착륙 추진 및 궤도 운용 방식의 근본적 변화
NASA는 아르테미스 3호의 지구 저궤도 시험 비행 성과를 바탕으로 2028년 인류를 달 표면에 착륙시키는 아르테미스 유인 착륙 미션을 전격 추진한다. 재러드 아이작먼(Jared Isaacman) NASA 청장은 트럼프 대통령의 국가 우주 정책에 따라 2028년 미국 우주비행사의 달 복귀와 달 기지(Moon Base) 구축 목표를 달성하기 위해 조직 역량을 총동원하고 있다고 밝혔다. NASA는 기존에 계획했던 ‘달 직선 후광 궤도(NRHO)’ 상호 도킹 방식을 폐지하고, 양사 착륙선의 기술적 특성에 맞춘 새로운 궤도 운용 개념(ConOps)을 전면 도입했다.
스페이스X의 스타십 HLS는 지구 저궤도에서 추진제 유류 보관선(Depot)에 초저온 액체 추진제를 집적한 뒤 오리온 우주선과 도킹한다. 스타십이 오리온을 밀어주는 달 궤도 전이 분사(TLI)를 수행하여 결합체를 저달 궤도(Low Lunar Orbit)로 직접 보냄으로써 추진제 수송에 필요한 차탄 발사 횟수와 운용 위험을 낮춘다. 반면 블루 오리진은 블루 문 마크 2 알파 착륙선과 3단계 전이 모듈(Transfer Stages)을 결합해 타원형 극궤도로 이동한 뒤, SLS 및 오리온과 도킹하여 달 남극으로 하강하는 다단계 방식을 채택했다.
민간 사업자 계약 단순화 및 안전 검증 단계 강화
NASA는 이번 구조 개편을 통해 블루 오리진과 스페이스X와의 유인 착륙선(HLS) 계약 조건을 일괄 재조정했다. 당초 아르테미스 3호와 4호는 스페이스X, 5호는 블루 오리진에 전담 배정되어 있었으나, 개편된 계약에 따라 특정 미션 번호에 개별 기업을 지정하지 않고 2027년 지구 저궤도 시험 비행 성과와 기술 준비도를 바탕으로 2028년 첫 달 착륙 사업자를 최종 결정하기로 했다.
우주비행사의 안전을 최우선으로 확보하기 위해 양사에 부과되는 비행 및 지상 검증 이정표도 한층 강화되었다. 양사 모두 유인 착륙 미션에 앞서 무인 실증 비행(uncrewed demonstration)을 반드시 완료해야 하며, NASA의 최종 시스템 인증을 통과해야 한다.
- 스페이스X 추가 이정표: 스타십 HLS 승무원 거주 구역인 ‘캐빈 1(Cabin 1)’에 대한 2회의 실증 시험 수행
- 블루 오리진 추가 이정표: 인간 참여형(Human-in-the-loop) 시험 및 하드웨어 준비도 평가 단계 신설
- 2028년 달 표면 미션 목표: 달 남극 인근에서 각 2시간 분량의 우주 보행 2회 수행 및 엑시옴 스페이스(Axiom Space) 차세대 우주복 실전 검증
향후 일정 및 심우주 탐사 인프라 구축 전망
제레미 파슨스(Jeremy Parsons) NASA 아르테미스 프로그램 매니저는 “서로 다른 3대의 로켓과 3대의 우주선을 발사해 지구 궤도에서 동시에 연동하는 것은 NASA 역사상 단 한 번도 시도해보지 않은 고난도 작업”이라고 강조했다. NASA는 2027년 지구 저궤도 시험 미션과 2028년 유인 달 착륙을 차질 없이 이행함으로써, 단순한 일회성 방문을 넘어 달 표면에 지속 가능한 인프라를 구축하고 향후 화성 유인 탐사로 이어지는 기반을 다질 계획이다.
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