우주학 화성 마스 익스프레스, 피닉스

우주학 화성 마스 익스프레스

 

2003년에는 6만 년 만에 화성이 지구와 가장 가까운 위치로 접근하는 정말 드문 충 현상이 일어났다. 그래서 ESA가 야심차게 내놓은 마스 익스프레스를 필두로 꽤 많은 우주선이 화성으로 향했다.

 

마스 익스프레스는 유럽 최고의 독자적인 화성 탐사선이었지만 계기장치는 대부분 러시아의 마스 96호에서 빌려온 것이었다. 마스 익스프레스의 설계와 발사가 그처럼 짧은 일정 동안 이루어질 수 있었던 것도 이러한 개발 경험 덕분이었다. 마스 익스프레스는 2003년 6월 2일 카자흐스탄의 바이코누르 코스모드롬에서 러시아의 소유즈 로켓에 실려 발사되었으면, 12월 25일 화성 궤도에 도착했다. 이 우주선은 모선인 궤도선과 영국에서 설계된 소형 착륙선 비글 2호로 이루어졌다. 착륙선의 이름은 자연주의자인 찰스 다윈을 갈라파고스 제도로 실어 날라 대발견으로 이끈 비글 호에서 따온 것이다.

 

우주학 화성 피닉스

 

NASA는 2007년 발사 시간대에 맞춰 비용이 덜 드는 화성 탐사 계획 몇가지를 검토했다. 그러나 최종적으로는 지금까지 미완성으로 남은 임무를 끝내고, 화성의 극 빙관에 대한 몇가지 의무늘 해소하는데 초점을 맞춘 계획을 선택했다.

 

피닉스는 애리조나 대학교가 개발한 착륙선으로 1999년 실패로 끝난 마스 폴라 착륙선의 장비를 활용했다. 또한 계획 중에 중단되어 보관 중이던 마스 서베이어 2001의 착륙선을 사용함으로써 비용을 한층 절감할 수 있었다. 마스 폴라 착륙선의 목적지는 화성 남극이었지만, 피닉스의 목표는 북극 빙관 지대와 그 부근의 환경 조건을 조사하는 것이었다.

그런데 이번에도 큰 난관에 부딪혔다. 고위도의 약한 햇빛으로 전력을 생산하려면 태양 전지판의 면적이 훨씬 더 커져야 했고, 장비 역시 한량한 기후 조건에서 작동해야 하므로 기존 적도 임무 때와 비교도 안 될 정도로 내구성이 뛰어나야 했다. 첫 번째 문제는 총면적 2.9제곱미터인 태양 전지판을 추가함으로써 해결되었다. 접시 모양을 한 이 태양 전지판은 착륙 직후에 펼쳐지도록 설계되었다. 두 번째 문제는 전열기 몇개를 장착함으로써 해결되리라 기대했으나, 그 때문에 오히려 착륙선의 전력소모가 컸던 것으로 판명되었다. 어쨋든 피닉스 계획의 수명에 한계가 있을 수 밖에 없다는 점은 처음ㅇ부터 명약관화했다. 우주선 자체가 화성의 혹독한 겨울을 견뎌 낼 가능성이 희박해 보였기 때문이다. 피닉스는 2007년 8월 4일 케이프 캐너버럴에서 텔타 2호 로켓에 실려 쏘아 올려졌고 2008년 5월 25일 화성 대기권으로 하강했다. 하강하는 동안 낙하산이 늦게 펼쳐지는 바람에 피닉스는 목적지에서 조금 벗어나 북부 평원인 바스티타스 보레알리스의 그린 벨리에 착륙했다. 착륙 마지막 단계에서 피닉스가 낙화산에 매달려 있는 모습을 화성 정찰 궤도선이 순간 포착했다. 앞에서 살펴보았듯이 착륙 과정의 마지막 단계에서 마스 패스파인더나 쌍둥이 화성 탐사차는 보호용 에어백 다발에 싸여 지표면을 튕겨 다녔다. 그와 달리 피닉스는 본체 밑에 탑재한 역추진 로켓으로 속도를 제어했다.

애초 피닉스 탐사는 화성의 지하에 물 얼음이 있다는 마스 오디세이의 2002년 GRS 분석 결과를 확인하고자 계획되었다. 피닉스를 계획하던 당시에 화성 정찰 궤도선이 보내온 사진에는 피닉스의 착륙 목적지 토양에 다각형 구조가 뚜렷이 찍혀 있었다 (지표면 바로 밑에 영구 동토층이 있을 때 그러한  구조가 나타난다). 피닉스는 착륙하는 동안 밑면에 부착된 하강 영상장비와 본체 기둥에 얹은 입체 카메라로 다각형 구조를 근접 촬영했다. 그 과정에서 예기치 못한 수확도 얻었다. 역추진 로켓이 착륙 지점 부근의 먼지를 날려버린 덕분에 그 밑에 있던 밝은색 물질이 그러난 것이다. 이 물질은 곧 물 얼음으로 밝혀졌다.

착륙선 선체에는 그 외에도 기상 관측기와 로봇팔이 부착되었다. 특히 로봇팔은 토양 상태를 촬영할 뿐 아니라 토양 표본을 채취하여 착륙선 내부에 탑재된 자동화 실험 분석실로 보내는 역할을 했다.

 

우주학 화성 미래의 화성 탐사

 

무인 주우선의 화성 탐사는 앞으로 수십 년 동안 쉴 새 없이 계속될 전망이다. 이미 화성으로 향하고 있거나 건조 막바지 단계에 있는 우주선도 이쏙, 설계 단계인 우주선도 있다.

 

 

 

 

2013년 11월 발사 시간대에 두 대의 우주선이 지구를 떠나 화성으로 긴 여행을 떠났다. 계획대로 2014년 9월에 화성 궤도에 도착한 두 궤도선은 각각 붉은 행성 탐사의 신기원을 이룰 것이라 기대된다.

NASA의 메이븐, 즉 화성의 대기와 급격한 변화 탐지 궤도선은 이름이 가리키듯 화성의 히박한 대기를 매우 자세하게 연구할 목적으로 설계되었다. 과학자들은 메이븐이 대기의 구조와 정확한 조성을 파악함으로써 화성의 초기부터 오늘날에 이르는 오랜 역사 동안 대기 변화에 영향을 끼친 자굥이 무엇인지 밝혀내길 기대한다. 특히 화성 대기에서 다양항 동위원소의 분포를 측정하는데 목표를 둔다. 대기 중 동위원소는 화성이 언제 어떻게 대기와 물의 대부분 읽었으며, 사라진 물과 대기가 정확히 어디로 갔는지 알려주는 실마리가 될 수 도 있다.

한편 인도 최초의 행성 간 탐사선으로 망갈리안이라는 이름으로 알려진 화성 궤도선 임무가 있다. 인도 우주연구기구가 야심 차게 내놓은 이 궤도선은 순전히 화성 도착이라는 도전 과제를 그복하는 것을 목표로 한다. 그렇긴 하지만 대기를 분석하고 지표면을 촬영하는 장비도 싣고 있다. 다음 발사 시간대인 2016년 봄을 각국이 준비항고 있다. 우선 NASA가 인사이트 착륙선을 보낼 예정이다. 그리고 ESA 역시 러시아 연방 우주국로스코스모스와 공동으로 이원 탐사 계획에 돌입했다. 이 계획은 미량 기체 궤도선과 기술 검증용 착륙선 스키아파렐리로 이루어졌다. 인사이트는 화성의 지각 내부를 연구하기 위해 지진계와 열침등의 다양한 장비를 실을 것이다. 스키아파렐리는 화성의 날씨와 먼지로 인한 악영향에 관해 좀 더 많은 정보를 얻기 위해 최첨단 기상관측기를 싣고 간다는 계획이다. 그리고 tgs는 화성의 대기에 관한 지식을 넓히리라 기대된다. 특히 대기 중에 단 한번이라도 존재한 적이 있는가 라는 수수꼐끼 같은 의문을 속 시원히 풀어 줄지도 모른다.