아폴로 11호 달 착륙 과정 / 달 탐사 내용 및 성과

우주탐사 역사 (선을 넘는 녀석들 마스터 X 22회)

 

미소 냉전체제 속 소련이 1957년 첫 인공위성 발사, 1961년 첫 우주비행 성공등 미국은 소련에게 우주탐사의 주도권을 계속해서 빼앗기게 되자 아폴로 계획을 발표한다. 구 소련을 견제하기 위해 발표한 아폴로 계획은 달 탐사의 시초가 된다. 그 후 8년 뒤에 미국은 달 탐사에 성공하면서 인류 역사에 커다란 족적을 남긴다. 현재도 아폴로 11호가 탐사했던 달 탐사 기술을 능가는 기술은 나오지 않았다. 

 

 

아폴로 8호 

미국은 그렇게 아폴로 1호부터 무수한 시행착오 끝에 아폴로 8호가 달의 궤도에 진입해 달의 뒷면을 최초로 확인하게 된다. 발사 약 사흘만인 1968년 12월 24일 단 하나뿐인 특별한 크리스마스 이브 선물로 달표면에서 본 푸른빛의 지구 모습을 송출한다.

 

이것을 지구의 10억명의 인구가 보게 된다. 사진의 이름은 '지구돋이' 로 지구가 돋아 오른다는 의미 

 

 

 

아폴로 11호 발사

 

1969년 7월 16일 3명의 인간을 태운 아폴로 11호가 달로 쏘아 올려지고 아폴로 11호는 우주에 진입한 후 지구 주위를 한 바퀴 반을 돌고 달을 향했다.

 

아폴로 우주선에 장착된 새턴 5호 로켓은 인류가 만든 세계 최대 3단 로켓으로 길이 111m , 최대 직경 10m이다. 1단에 사용된 F-1엔진은 지금까지 개발된 세계 최대의 로켓 엔진, 추진제로 액체 산소와 등유를 사용/ 새턴 5호가 발사 될때 나는 소리는 서울-수원까지 전해지는 크기고 불빛은 서울-대구 사이에 불빛이 감지될 정도로 엄청난 소리와 화력을 가진 새턴-5호

 

아폴로 11호의 3명의 비행사 닐 암스트롱 (선장), 마이클 콜린스(주 조종실 조종사), 버즈 올드린(착륙선 조종사) 중 두명(마이클 콜린스 제외)의 비행사는 6.25 전쟁 참전용사이기도 했던 사람들이다.  

 

 

달에 첫발을 디딘 닐 암스트롱은  "한 인간에게는 작은 발걸음이지만 인류에겐 커다란 도약이다" 라는 역사적인 말을 남긴다. 

 

That's one small step for a man, one giant leap for mankind.

닐 암스트롱이 달에 첫 발을 딛던 순간 영상 [출처 NASA]

 

 

아폴로 11호가 달 착륙에 3일이 걸린 이유 

 

지구와 달의 실제거리는 약 38만 km로 아폴로 11호가 달까지 도착하는데 3일 걸렸다. 지구와 달을 직선 거리로 가는 것은 불가능 하다. 지구와 달이 서로 돌고 있기 때문에 지구의 자전 속도는 약 시속 1700km로 비행기 보다 빠르다. 달의 공전 속도도 약 초속 1km로 소리보다 달의 공전 속도가 빠르다. 그러므로 총알보다 빠른 속도로 돌고 있는 달에 아폴로 11호가 착륙해야 하기 때문에 그냥 달에 직선으로 이동하는 것이 아닌 것이다.

 

달에 안전히 착륙하려면 일단 지구 궤도를 비행하다가 지구와 달의 최단 거리와 각도를 계산해서 그 최적의 순간에 달을 향해 날아가야 한다.  조금의 오차가 발생하면 달 궤도 진입조차 불가능한 것이다. 그래서 충분한 연구를 통해 완벽한 경로를 찾아낸 후 아폴로 11호 날사 날짜까지 신중히 계산된 것이다. 

 

 

 

아폴로 11호 달 착륙 과정

 

1. 로켓 분리

아폴로 11호의 구조를 살펴보면 3단 분리체로 구성되어 있고 지구 중력을 벗어나기 위해서는 막대한 출력이 필요해서 로켓 부분은 모두 연료+산화제로 체워져 있고 연료를 다 사용하면 분리체를 하나씩 버리게 된다.

 

[출처 YTN사이언스 ]

 

2. 사령기계선만 남음

지구를 벗어난 뒤 2단 로켓 분리되고 달 궤도에 도착하면 로켓을 모두 버리고 아폴로 11호의 핵심 사령기계선만 남는다.  아폴로 11호 내부에 달 착륙선이 위치해 있다.

 

출발 3시간 17분 만에 달 착륙선 분리

 

3. 달 착륙선과 사령선 도킹 과정

달 탐사 후 착륙선의 하단을 분리 무게를 가볍게 한 뒤 다시 출발해 달 주위를 돌고 있는 사령기계선을 향해 비행 한 후 치밀하게 계산된 시간에 정확하게 도킹을 해야한다.

 

도킹(연결)에 성공하면 달 착륙선을 꺼낸 후 180도 회전 후에 달을 향해 직전한다. 

달을 향해 관성비행/ 공기가 없는 우주공간에서 햇빛이 직접닿는 곳은 130도 그늘진 곳은 -120도로 온도 차이가 심해 안쪽에 햇빛을 계속 받으면 우주선이 뒤틀리게 되어 1시간에 3번씩 통닭 굽듯이 회전하면서 비행한다. 달 궤도 진입 시간은 지구를 떠난지 3일 3시간 49분만

달 궤도 진입 후 2명의 비행사는 달 착륙선으로 이동 후 착륙선만 달 표면에 착륙한다.

 

4. 달 착륙 후 

이들은 1969년 7월 20일 오후 4시 18분에 달에 무사히 착륙 후 달에서 2시간 13분 12초동안 실험장비를 설치하고 달에 있는 31kg의 흙과 암석을 채취한 후 지구로 가져왔다. 아폴로 11호의 또 다른 임무는 달표면에 남은 발자국 사진도 찍어갔는데 이것도 실험 중의 하나였다. 또한 달에 중요한 기념품을 두고 왔다.  달 착륙선 계단 하단에 묶어둔 동전 크기의 세계 73개국 지도자들의 메시지가 담긴 실리콘 디스크를 놓고 왔고 우주인들의 배설물도 놓고 왔다 ㅋ 11호~17호가 진행되는 동안 무려 96개 정도의 봉투이다.

 

레이저 반사경을 설치하고 왔는데 지구에서 보낸 레이져를 반사경이 다시 지구로 레이져를 반사시켜 반사되는 시간으로 지구와 달의 거리를 측정 

배설물 봉투

 

달의 탄생 가설 '대충돌설" 

달 탐사에서 가져온 암석을 분석한 결과 지구가 탄생한 초기의 물질을 그대로 가지고 있다는 분석이 나왔고 초창기 지구에 화성만한 소행성이 충돌하면서 지구의 3분의1 크기로 산산조각이 나고 토성의 고리가 생기는 것 처럼 지구 주변 궤도에 파편들이 고리를 형성하다가 그 파편들이 다시 뭉쳐져서 달이 탄생한 것이다. 

 

 

5. 탐사 후 재도킹 

달 탐사 후 착륙선에 탑승후 착륙선의 하단을 분리 무게를 가볍게 한 뒤 다시 출발해 달 주위를 돌고 있는 사령기계선을 향해 비행 한 후 치밀하게 계산된 시간에 사령선과 정확하게 도킹에 성공한 후에는 사령기계선으로 다시 건너간 뒤 지구로 귀환하게 된다.

 

6. 지구 궤도 진입전 기계선 분리 

지구로 들어오는 마지막 단계에서는 지구 중력이 있기 때문에 추진도 필요 없어서 대기권 진입 16분 전에 기계선과 분리해 삼각뿔처럼 생긴 사령선만 복귀하게 된다. 그러나 이때의 분리 시간은 0.01초의 오차만 허용돼기 때문에 죽을 수 있는 고비를 여러번 넘긴 아폴로 11호이다. 지구를 출발 195시간 18분 21초로 약 8일만에 무사히 아폴로 11호는 귀환한다. 

 

 

달 탐사 목적 

 

▷달의 신재생에너지 조사

▷태양계의 기원 연구

▷우주정거장으로 활용 

 

 

달 탐사 내용 및 성과

 

달 연구에 도움

아폴로 11호 이후 5대의 아폴로 우주선이 우주인 10명을 더 달에 착륙시켰고 그 결과 여러개의 관측기기를 설치 및 총 391kg의 달의 흙과 암석을 지구로 가져와서 달 연구에 도움이 되었다.

 

 

아폴로 12호는 11호 발사 이후 4개월 뒤 11월 19일 달에 착륙한 두 번째 유인선로 7시간 45분 탐사 후 무사 귀환했다. 

아폴로 13호는 지구 궤도권 밖에서 문제가 생겨 달 탐사를 하지 못하고 다시 돌아왔다. 다행히 우주비행사는 모두 무사귀환했다. 

 

달 자원의 확인

달에서 가져온 암석으로 달에 60여 종의 원소가 있음을 발견했다. 달에는 휘석과 사장석이 가장 많고 산화철과 티타늄이 지구보다 풍부하다는 것을 알게 되었다. 또한 상당량의 알루미늄도 존재한다는 것을 발견, 무엇보다 미래 신재생에너지 자원인 핵융합 에너지원 헬륨3 이 약 100만 t 가량 존재한다는 것도 알게 되었다. 

 

첨단기술의 탄생

아폴로 14호는 달에 수레를 가지고 가서 달 측정 장비와 흙을 운반했고 아폴로 15, 16, 17호는 전기자동차를 사용했다. 달은 지구 중력의 1/6정도여서 우주인이 걷기가 불편했기 때문에 사용한 것이다. 전기 자동차는 2인승 4륜차, 최고 시속 13km로 아폴로 15호에서 처음사용 최대 78시간 사용했다. 현재의 전기자동차의 시초가 달에서 사용된 전기자동차이다. 

 

 

아폴로 계획에서 만여 개의 신기술이 탄생했다. 대표적인 것이 스마트폰, 노트북, 위성통신 기술등 이다.  우주인이 달 탐사에 필요한 것을 만들면서 새로운 기술이 개발된 것이다. 우주선에서 필요한 전기와 식수 해결을 위해 개발됐던 것이 지금의 연료전지(베터리)이고 우주인과 지상과의 통신을 위해 만든 통신 기기가 휴대폰의 시초였다.  또한 우주선에 실은 소형 전자계산기가 지금의 노트북 컴퓨터의 시작이었다.  

 

지금의 첨단 IT 기기들이 모두 달 탐사에서 비롯되었다는 것이 놀랍다. 아폴로 18호~20호는 예산문제로 취소가 되어 아폴로 17호를 마지막으로 아폴로 계획은 끝이 났다. 

 

 

아르테미스 계획 발표 

달의 지표 아래 물이 존재한다는 사실이 확인 되면서 미국의 주도로 아르테미스 계획 발표되었다. 2024년까지 인류의 달 착륙을 시작으로 장기적으로 화성 탐사까지 이르는 우주 개발이 목표이다. 대한민국도 아르테미스 계획에 10번째 참여국으로 참여하게 되었고 2022년부터 달로 매년 보낼 계획이고 그 중에 우리나라에서 만든 관측 장비가 실릴 예정이다. 

 

[선을 넘는 녀석들 마스터 22회/ YTN 사이언스 ]

 

 

닐 암스트롱 , 버즈 올드린, 마이클 콜린스 달 탐사 그 후 / 달 착륙 음모론