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Nikkei X-TECH_2024.4.30

월면 경제권
달의 '보물지도'를 만드는 일본 발 초소형 위성
테라헤르츠파 이용

달의 ‘보물 지도’를 만든다---.

달에 존재한다고 여겨지고 있는 물이나 금속의 광역 자원 맵을 작성하는 탐사가 정보통신연구기구(NICT)가 대표 연구기관인 일본의 산관학연합에서 2026년도에 실시될 예정이다.

미션 명은 'TSUKIMI(Lunar Terahertz SUrveyor for KIlometer-scale MappIng)'. 모든 전자파 중에서 물에 가장 민감하다고 여겨지고 있는 테라헤르츠파(일반적으로는 0.1~10THz의 주파수)를 이용해 달의 지하 수cm~30cm 정도에 존재한다고 알려져 있는 물이나 금속 자원의 분포·존재량 파악에 도움이 되는 정보를 취득하는 것이 목적이다. 테라헤르츠파를 이용한 달 탐사는 세계 최초이다.

TSUKIMI는 총무성이 '테라헤르츠파를 이용한 월면의 광역 물 에너지 자원 탐사 기본 계획서'를 추진하기 위해 개발을 수탁한 연구팀이 2021년도에 시동을 걸었다. 멤버는 NICT를 필두로 도쿄대학, 오사카부립대학, 우주항공연구개발기구(JAXA), 그리고 위성 발사 지원 등 우주 관련 사업을 전개하는 Space BD(도쿄) 등으로 구성되어 있다.

2026년에 테라헤르츠파 센서를 탑재한 위성을 고도 100km 정도의 달 주회 궤도에 쏘아 올려, 1년 정도 달 전체를 원격으로 탐사할 계획이다. 핵심이 되는 이 테라헤르츠파 센서는NICT와 JAXA, 오사카공학대학이 공동으로 개발을 추진하고 있다.

-- 지하 10cm 정도를 패시브 관측 --
현재 개발 중인 테라헤르츠파 센서는 스스로는 발신하지 않는 패시브형으로, 고정밀도로 달 지하의 휘도 온도를 관측. 동시에, 편파 관측을 실시해 유전(誘電)율을 측정. 지하 10cm 정도까지의 물리적 정보를 얻을 수 있다고 한다. 이것을 해석함으로써 달 지하의 물질, 특히 수분의 존재량을 해명할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 주파수는 480GHz와 240GHz를 사용한다.

“월면에는 최대 사막의 100분의 1 정도의 수분 밖에 없다고 여겨지고 있다. 테라헤르츠파 센서를 사용하면 표면 조금 아래에 있을 것으로 예상되는 물의 존재 여부를 알 수 있다”(NICT Beyond 5G연구개발추진 유닛테라헤르츠연구센터의 가사이(笠井) 씨)

TSUKIMI에서는 1년에 걸쳐 관측함으로써 지금까지는 없었던 광역의 달 자원 지도를 작성할 가능성이 있다.

그렇다면 과연 10cm 정도의 깊이만으로도 충분할까? 미국의 아폴로 계획에서 우주 비행사가 달 표면에 착륙했을 때, 표면에서 꽤 깊이 들어간 지층은 단단해 파지 못했다는 정보가 있다.

또한 월 수송비는 일반적으로 kg당 1억 엔 이상일 것으로 알려져 있어 굴착기 등 중장비를 대량으로 수송해 깊이 파내기는 쉽지 않다. 만약, 표면에서 10cm 정도 아래의 얕은 부분에 자원이 있을 경우, 절삭하면 되기 때문에 활용할 수 있을 가능성이 높다.

-- 마이크로파 센서 대비 무게30분의 1 --
달 자원 탐사에는 마이크로파 등 다른 주파수의 전자파도 사용되고 있다. 테라헤르츠파를 마이크로파와 비교하면, 월면이 아닌 지하의 정보를 얻을 수 있다는 점과 센서를 큰 폭으로 소형화할 수 있다는 점에 우위성이 있다.

NICT에 따르면, 마이크로파의 경우는 센서만으로 300kg 정도의 무게이지만, 고주파인 테라헤르츠파의 경우에는 수신기나 안테나를 소형화할 수 있기 때문에 10kg 정도로 압도적으로 경량화할 수 있다.

실제로, NICT등이 개발하고 있는 테라헤르츠파 센서의 무게는 12kg. 위성 전체도 약 90kg의 초소형으로 만들 수 있다. 이것은 미션을 보다 저렴한 코스트로 실시할 수 있다는 것을 의미한다.

Space BD의 혼다(本多) CTO(최고기술책임자)는 “테라헤르츠파 센서는 경량으로, 위성은 버스부(위성의 기간을 담당하는 부분)가 대부분을 차지한다. 이처럼 기기를 소형 및 경량으로 만들 수 있다는 점은 일본이 우주 분야에서 경쟁력을 가지고 있는 부분이다”라고 말한다.

2025년에는 JAXA가 인도우주연구기관(ISRO)과 협력해 달의 극역 탐사 미션 ‘LUPEX(Lunar Polar Exploration Mission)’를 실시할 예정이다. 달의 남극역에 미쓰비시 중공업이 개발하고 있는 탐사차량(로버)을 수송. 그것을 사용해 복수의 장소에서 1.5m 정도의 깊이까지 굴착해 수자원을 탐사할 계획이다.

이러한 핀포인트 탐사와 TSUKIMI를 통한 달 전역 탐사를 조합해 최근 세계적으로 뜨거워지고 있는 달 자원 탐사 경쟁에서 일본이 큰 존재감을 나타낼 수 있을지, 앞으로 수 년 안에 그 답을 알게 될 것이다.

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