적도냐 남극이냐 — Artemis IV 착륙지 논쟁은 결국 배터리 무게의 선택이다

ISSUE 2026 · W30 | 우주 소재·탐사기술

7월 21일 탐사과학포럼에서 나온 발언

Space.com 보도(7월 23일)에 따르면 글로버는 캘리포니아 NASA 에임스 연구센터에서 열린 탐사과학포럼(Exploration Science Forum)에서 “현실적으로 남극까지 단계적으로 나아가야 하며, 처음부터 그곳에 가려 하지 않는 편이 낫다”는 취지로 말했다. 그가 든 이유의 중심은 승무원 안전이다. 현재 남극 착륙 구상은 근직선 헤일로 궤도(NRHO, Near-Rectilinear Halo Orbit)를 거점으로 쓰는데, 이 궤도 구조에서는 달 표면에서 궤도로 올라갈 기회가 대략 일주일에 한 번뿐이라는 것이다. 글로버는 응급 상황에서 “일주일 동안 발이 묶인다”는 점을 문제로 꼽았고, 적도는 지구 귀환 기회를 더 자주 준다고 말했다.

일정상 아르테미스 3호는 2027년 지구 저궤도(LEO, Low Earth Orbit)에서 오리온과 두 착륙선(스페이스X 스타십, 블루 오리진 블루문)의 랑데부·도킹을 시험하는 임무로 재편됐고, 실제 착륙은 2028년 말 목표의 아르테미스 4호가 맡는다. 같은 보도는 스페이스X가 6월 9일 행사에서 아르테미스 4호 구상을 NRHO 대신 지구 궤도 도킹 중심으로 바꿔 우주 공간에서 모아야 할 추진제 양을 크게 줄이겠다고 설명했다고 전했다. 착륙지 논쟁은 궤도 설계 논쟁과 한 몸으로 움직이고 있다.

다만 이는 한 우주비행사의 공개 발언이며, NASA의 착륙지 정책이 바뀌었다는 발표는 아니다. 아르테미스 4호의 구체적인 표면 체류 기간과 착륙선의 전력 제원은 공개 자료에서 확인되지 않았다. 아래 분석은 궤도역학과 조명 기하라는 물리적 조건만으로 두 선택지를 비교한다.

같은 태양, 전혀 다른 기하학

달의 자전축은 황도면에 대해 약 1.54°만 기울어 있다. 그래서 남극에서 태양은 최대 약 1.5° 높이로 지평선을 따라 한 달에 한 바퀴 돈다. 수평으로 누운 태양전지판이 받는 빛은 sin(1.54°), 곧 정면 조사의 약 2.7%에 불과하다. 극지 착륙선이 수직으로 세운 태양전지판과 방위각 추적 기구를 쓰는 이유다. 대신 태양이 낮게 떠 있으므로 지형이 조금만 높아도 긴 그림자가 생기고, 일조는 위치와 높이에 따라 끊겼다 이어진다. 봉우리·능선의 연중 일조율은 지점마다 다르며, 아르테미스 4호 후보지의 수치는 이번 보도에서 제시되지 않았다.

적도는 정반대다. 삭망월 29.53일 동안 약 354시간의 낮과 약 354시간의 밤이 번갈아 온다. 낮 동안 태양 고도는 하루(지구일)에 약 12.2°씩 올라가므로, 아침에 착륙하면 며칠 안에 수평 태양전지판도 높은 효율을 얻는다. 문제는 밤이다. 해가 지면 태양광 발전은 0이 되고, 표면 온도는 극저온으로 떨어진다. 적도의 에너지 문제는 “조명 기하”가 아니라 “시계”의 문제로 바뀐다.

표를 보면 두 선택지는 같은 전력 문제의 다른 얼굴이다. 남극은 햇빛이 오래 머무는 대신 그 빛을 받는 기하가 까다롭고, 적도는 빛을 받기 쉬운 대신 밤이라는 절대적 마감 시한이 있다. 단기 체류 임무라면 적도의 마감 시한은 일정으로 피할 수 있지만, 남극의 기하학은 하드웨어로만 풀 수 있다.

아폴로의 적도 경험이 오늘의 착륙선에 주는 것

지상 현황. 지상에서 태양광 설비는 위도에 맞춰 경사각을 정하고, 밤은 매일 규칙적으로 12시간 안팎이다. 저장 설비는 하루 주기의 충방전을 전제로 설계된다.

우주 적용 시 변화. 달에서는 “하루”가 약 29.5 지구일이다. 아폴로 착륙은 모두 적도에서 중위도에 이르는 저·중위도 지역에서, 낮은 태양 고도의 아침 시간대에 이루어졌고, 체류는 낮 안에 끝났다. 밤을 넘기는 설계 자체가 필요 없었던 셈이다. 반면 남극 구상은 긴 일조를 이용해 장기 거점을 세우려는 목적에서 출발했으므로, 착륙선과 표면 설비가 그림자 구간을 버틸 저장 용량과 수직 전지판 기구를 갖춰야 한다.

연결 원리. 핵심은 체류 기간과 조명 주기의 비율이다. 체류가 낮 길이(약 354시간)보다 충분히 짧다면 적도의 밤은 설계 변수에서 사라진다. 체류가 여러 삭망월로 늘어나는 순간 남극의 단속적 일조가 압도적으로 유리해진다. 착륙지 논쟁은 결국 “첫 착륙이 며칠짜리 임무인가”라는 질문으로 환원된다.

전력·에너지 관점

Point. 글로버의 적도 제안은 전력 문제를 하드웨어 문제에서 일정 문제로 바꾸는 선택이다. 남극은 궤도역학의 제약(주 1회 이륙창)을 전력 기하의 부담(수직 전지판, 그림자 저장)으로 떠안고, 적도는 그 부담을 “해 지기 전에 떠난다”는 운용 규칙으로 대체한다.

Reason. 단기 체류에서 저장 용량을 결정하는 것은 가장 긴 어둠의 길이다. 적도에서 아침에 착륙해 일주일 안팎 머문다면 가장 긴 어둠은 사실상 0이며, 배터리는 피크 부하 완충용으로 충분하다. 남극에서는 체류가 짧아도 지형 그림자가 언제, 얼마나 길게 드리우는지가 저장 용량을 정한다. 게다가 “일주일 발이 묶이는” 우발 상황은 그 기간 동안의 생명유지 부하를 추가 에너지 예비로 요구한다.

Example. 착륙선 상시 부하를 5 kW로 가정해 보자. 적도에서 체류가 해 질 녘을 넘겨 밤 354시간을 버텨야 한다면 필요한 에너지는 약 1,770 kWh이고, 시스템 수준 비에너지 150 Wh/kg(가정)의 배터리로는 약 11.8톤이다. 사실상 허용되지 않는 질량이다. 반대로 남극에서 수평 전지판을 쓴다면 받는 빛은 약 2.7%로 줄어드니, 같은 전력을 얻으려면 수직 전지판과 추적 기구가 필수다. 단열 부실은 히터 전력 증가로, 히터 전력은 전지판·배터리 증가로, 이는 착륙 질량과 추진제 증가로 이어지는 순환이 두 착륙지 모두에서 작동하지만, 순환이 시작되는 지점이 다르다.

Point. 따라서 첫 유인 착륙이 단기 체류라면, 적도는 전력계 관점에서 더 관대한 선택지다. 남극의 전력 이점은 체류가 삭망월 단위로 길어질 때 비로소 결정적이 된다. 착륙지 선택은 과학·자원의 문제이기 전에 체류 기간이 정하는 에너지 저장의 문제다.

반론과 제약. 적도의 관대함에는 단단한 전제가 있다. 착륙 지연, 표면 비상, 이륙 연기가 겹쳐 체류가 해 질 녘을 넘기는 순간, 저장 부담은 0에서 수천 kWh로 불연속적으로 뛴다. Worst-case는 낮 끝 무렵의 이륙 실패다. 또한 적도 착륙은 PSR 얼음이라는 자원 목표를 미루며, 남극 거점을 위한 전력 인프라 실증도 늦춘다. 글로버의 주장이 궤도 귀환 기회를 강조하더라도, 적도에서의 실제 귀환창과 착륙선 궤도 설계는 공개 자료에서 확인되지 않았다.

지상 시험과 우주 환경의 괴리. 지상 태양 시뮬레이터는 조사 각도를 자유롭게 바꿀 수 있지만, 1.5° 스침각에서 레골리스 먼지 부착, 지형 반사광, 긴 그림자의 시간 변화를 함께 재현하기는 어렵다. 적도의 밤 역시 열진공 챔버에서 수백 시간 단위로 시험할 수는 있으나, 실제 표면의 열관성과 복사 환경은 지상 시험 결과만으로 확언할 수 없다.

정리하면, 첫 착륙지를 고르는 일은 며칠을 머물 것인지를 먼저 정하는 일이며, 그 답이 곧 착륙선이 짊어질 배터리의 무게를 정한다.