스페이스 클럽 로켓 랩의 화성행 쌍둥이 위성인 블루(Blue)와 골드(Gold)가 블루 오리진발사를 앞두고 도로를 달렸습니다.

[발사대]

완전히 통합된 EscaPADE 위성은 캘리포니아 롱비치에 있는 Rocket Lab의 Space Systems Group 시설의 클린룸 내부에 있습니다. 이미지: 로켓 연구소

로켓 랩은 다른 행성으로의 첫 번째 임무를 준비하고 있습니다. 가을에는 두 대의 우주선이 블루 오리진 뉴 글렌(Blue Origin New Glenn) 로켓에 실려 11개월간의 화성 여행을 시작할 예정입니다.

그러나 그 일이 일어나기 전에, 블루와 골드라는 이름의 쌍둥이 우주선은 캘리포니아 롱비치에 있는 로켓 연구소의 우주선 제조 시설을 떠나 목요일에 플로리다의 스페이스 코스트로 여행을 시작하기 위해 길을 나섰다.

이 듀오는 NASA의 EscaPADE(Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers) 임무를 지원할 예정이며, NASA는 이를 "붉은 행성에 대한 최초의 다중 우주선 궤도 과학 임무"라고 설명합니다. 이 임무는 2024년 9월 이전에 첫 번째 뉴 글렌 비행으로 시작될 예정입니다.

지난주, EscaPADE의 수석 시스템 엔지니어인 크리스토프 맨디(Christophe Mandy)는 롱비치 현장의 미디어 투어를 이끌며 우주의 여러 부분과 위성 자체를 보여주었습니다. 그는 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 우주 과학 연구소(SSL)가 탑재된 과학 탑재체를 담당하고 있다고 언급했다.

EscaPADE 우주선 중 하나의 렌더링과 다양한 기기에 라벨이 붙어 있습니다. 그래픽: Rocket Lab

"주로 태양 물리학을 연구하는 실험실에서 건설하고 있습니다. 그래서 그들은 태양이 하는 일과 태양계의 나머지 부분 사이의 상호 작용을 연구합니다"라고 Mandy는 말했습니다. "이 특정 사례에서 그들은 태양풍과 화성 대기 사이의 상호 작용을 살펴보고 싶어합니다.

"그들은 두 가지 다른 것을 찾고 있습니다. 그들은 '스퍼터링(sputtering)'이라는 현상을 찾고 있는데, 이것은 태양에서 온 입자가 화성에 있는 입자에 부딪히면 사라지는 당구공 효과를 내는 것입니다. 다른 유형의 상호 작용은 '이온 탈출'이라고 불리며, 이는 태양의 입자가 와서 일반적으로 전기장, 즉 전기장을 갖는 곳입니다. 그런 다음 전기장은 다른 입자의 전기장을 훔쳐 걷어차게 됩니다."

맨디는 이러한 영향에 대해 더 많이 알게 되면 과학자들은 화성 대기가 시간이 지남에 따라 어떻게 진화하여 생명체가 살 수 없고 표면에 액체 상태의 물을 유지할 수 없게 되었는지에 대해 더 잘 이해할 수 있을 것이라고 말했다. 2013년에 발사된 NASA의 MAVEN(Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) 미션에서 시작된 미션을 계승한 것으로, 단 한 대의 우주선으로 구성되었습니다.

각 EscaPADE 우주선은 11개월의 과학 임무 동안 이러한 답을 찾기 위해 세 가지 주요 과학 장비를 사용할 것입니다.

• EMAG (Escapade MAGnetometer)
• EESA(Escapade ElectroStatic 분석기)
• ELP(Escapade Langmuir 프로브)

EscaPADE는 화성의 독특한 하이브리드 자기권을 통해 태양풍 에너지와 운동량을 전달하는 방법과 이온을 구동하고 스퍼터링 탈출을 유도하는 방법을 연구하는 데 전념하는 쌍둥이 우주선 클래스 D 임무입니다. 그래픽: University of California, Berkeley화성을 위한 건설 및 예산 책정

EscaPADE 위성은 NASA의 SIMPLEx(Small, Innovative Missions for PLanetary Exploration) 프로그램의 일환으로 제작되고 있습니다. 이 임무는 2019년 NASA에 의해 두 개의 다른 임무와 함께 선정되었으며, 각 임무에는 55백만의 상한선이 주어졌습니다. 이와는 대조적으로, 메이븐 미션의 비용은 6억 7,100만 백만 달러였다.

원래 맨디는 인공위성에 대한 계약은 타이박 인터내셔널(Tyvak International)이라는 회사로 갔고, 이 임무는 NASA의 프시케(Psyche) 임무의 일환으로 이루어졌다고 말했다. 스페이스 뉴스에 따르면 2020년 국정원이 사이키 미션을 팰컨 9 로켓의 소모품에서 팰컨 헤비로 전환하기로 결정하면서 상황이 바뀌었고, 이는 궁극적으로 해당 미션의 궤적을 변경했습니다.

NASA 대변인은 당시 Space News에 "이 궤적은 EscaPADE가 수행해야 하는 것처럼 화성 포획 및 궤도를 목표로 하는 임무에 최적이 아니며 EscaPADE가 올바른 궤도에 진입하기 위해 확장된 순항 단계로 들어가야 했을 것"이라고 말했습니다.

이는 EscaPADE가 Psyche 임무에서 사라졌고 NASA가 다른 발사 옵션을 찾기 시작했다는 것을 의미했습니다. 한편, U.C. 버클리는 추가로 180만 달러의 백만 달러를 받았고, 발사체 옵션 측면에서 가능한 한 유연하게 임무를 재설계하기 위해 9개월을 더 받았다.

대학은 2020년 11월 로켓 랩과 우주선 제작 계약을 체결했으며 2021년 8월에는 2024년 10월로 발사 목표를 설정했습니다.

"이 우주선의 탑재량, 계기판은 8kg입니다. 전체 우주선을 합치면 525개이므로 8kg을 화성에 보내기 위해 516kg의 다른 물건을 보내고 있는데, 이는 주로 지구 궤도에서 화성까지 가는 것이 정말 어렵기 때문입니다."라고 Mandy는 말했습니다. "우리가 지구 궤도에서 화성으로 가는 이유는 NASA가 가능한 한 다양한 발사 옵션을 가질 수 있도록 하고 싶었기 때문입니다. 그건 그렇고, 저는 이것이 매우 멋진 성과라고 생각합니다."

이 임무는 최적의 행성 발사 기간을 활용하기 위해 2024년까지 발사하는 것을 목표로 했기 때문에 Rocket Lab이 작업할 시간이 많지 않았습니다.

"화성 탐사의 일반적인 일정은 10년입니다. [화성 샘플 귀환]과 같은 큰 임무, MSR은 2002년에 시작되었으니 벌써 20년이 넘었습니다. 그게 행성 간 임무의 정상적인 속도야," 맨디가 말했다. "모든 것에 3년 반이 걸렸어요."

맨디는 두 우주선의 설계와 실행에 관한 모든 것이 예산과 시간 모두를 위해 그들의 수단 범위 내에서 유지되도록 의도되었다고 말했다. 그는 "타협하지 않는 효율성"을 창출하는 것이 목표라고 말했습니다.

"위성에는 실제로 관련이 없거나 복잡하거나 불필요한 것이 없습니다."라고 Mandy는 말했습니다. "우리는 일반적으로 정말 좋은 시너지 효과를 찾기 위해 기술적 측면의 역량을 밀어붙입니다."

맨디는 로켓 랩이 대부분의 항공전자 상자와 다층 절연체(MLI), 라디오, 별 추적기 및 태양 전지판을 포함하여 이러한 우주선의 대부분을 제작했다고 말했습니다. 그는 추진제 탱크가 제조를 위한 가장 긴 리드 타임을 가지고 있었고 2024년 7월 8일에 도착할 우주선의 마지막 조각이었다고 말했다.

U.C. 버클리의 과학 장비들이 이 2층 우주선의 꼭대기에 놓여 있다. 항공 전자 장치 및 배터리와 같이 열을 발생시키는 품목은 냉각을 위해 상층 갑판에 있습니다. 한편, 바닥 갑판에는 모든 유체 라인과 추진제 탱크가 있어 따뜻하게 유지되어야 합니다.

Mandy는 탄소 복합 재료로 만들어진 2층 구조를 통해 구조에서 사용할 수 있는 더 많은 질량을 다른 구성 요소로 이동할 수 있었다고 말했습니다. 그는 이것이 일반적인 산업 모델에서 큰 변화라고 말했습니다.

"당신이 제공하는 일반적인 숫자는 주요 구조, 주요 구조가 우주선 질량의 20-25% 정도여야 한다는 것입니다. 우리가 우리 방식대로 할 때, 우리의 것은 11%입니다"라고 Mandy는 말했습니다. "복합재를 극한까지 밀어붙이면 그렇게 할 수 있습니다."

Rocket Lab의 4개 우주선 버스 제품 라인의 렌더링. 일러스트레이션: Rocket Lab

EscaPADE의 기본 구조는 로켓 랩(Rocket Lab)의 익스플로러(Explorer) 위성 버스에서 비롯되었습니다. 이 회사는 라이트닝(Lightning), 파이오니어(Pioneer), 포톤(Photon)과 함께 우주선 제품 라인의 4개 제품 중 하나입니다. 주어진 위성 버스의 선택은 임무에 필요한 능력에 따라 결정됩니다.

"우리가 Capstone에서 달에 보낸 임무 또는 EscaPADE를 포함하는 Explorer 제품 라인은 연료인 질량 분율이 매우 매우 높습니다. EscaPADE의 경우 거의 70%에 달하며, 이는 엄청난 수치입니다"라고 Mandy는 말했습니다. "그래서, 만약 당신이 많은 델타-V가 필요한 임무 유형이라면, 당신은 아마도 익스플로러를 선택할 것입니다."

주 추진 기관은 아리안스페이스의 S400-12 바이프롭 스러스터로, 모노메틸히드라진(MMH)과 사산화이질소(NTO)의 조합을 사용합니다. Mandy는 엔진과 같이 어떤 부품을 제작하고 어떤 부품을 조달할지 선택할 때 여러 가지 요소를 고려했다고 말했습니다.

"우리는 우리를 [화성에] 데려다 줄 수 있는 엔진에 대한 모든 다른 옵션을 살펴봤습니다. 로켓 랩에는 자체 엔진이 있습니다. 우리는 다른 어떤 것보다 선교 사업의 성공에 더 관심이 있다"고 맨디는 말했다. "다른 회사에서 나온 높은 유산, 매우 안정적, 장기 임무 엔진이 있는데 우리는 그 중 하나를 선택했습니다."

화성으로의 여행

우주선이 플로리다로의 여행을 마치면 발사 준비가 되기 전에 주목할 만하고 은유적인 길이 남아 있습니다. Mandy는 Blue and Gold가 또 다른 완전한 성능 테스트를 포함하여 21일 분량의 처리를 거칠 것이라고 말했습니다.

그 후, 그와 그의 팀은 우주선의 다양한 부분을 보호하고 있는 '비행 전 제거' 덮개를 모두 제거할 것입니다. 또한 우주선에 연료를 공급하기 전에 다양한 플러그를 활성화 및 비활성화해야 합니다.

"바닥에는 4개의 질소 탱크가 있습니다. 그것들은 우리의 자세 제어 시스템 탱크입니다. 그것들은 질소로 채워져야 한다"고 맨디는 말했다. "상단에는 헬륨이 있는 두 개의 압력 탱크가 있고 그 다음에는 실제 연료 탱크가 있습니다. 이 모든 것이 완료되면 준비가 완료됩니다."

완전히 통합된 EscaPADE 위성은 캘리포니아 롱비치에 있는 Rocket Lab의 Space Systems Group 시설의 클린룸 내부에 있습니다. 이미지: 로켓 연구소

이 쌍둥이 우주선은 첫 발사에 앞서 블루 오리진의 뉴 글렌(New Glenn) 로켓의 페이로드 어댑터에 결합될 예정이다. 맨디는 새로운 로켓을 가지고 작업하는 것이 흥미로운 과정이었다고 말했다.

"이것은 새로운 발사체이기 때문에 그들이 가지고 있는 일련의 요구 사항이 처음부터 완전히 정의되지 않았다는 것을 의미했습니다. 블루 오리진(Blue Origin)과 NASA LSP(Launch Services Program)는 물론 프로그램 측, NASA, 고다드(Goddard), 버클리(Berkeley) 등 여러 기관과 협력하는 과정이었다"고 말했다. "만약 당신이 수많은 발사체를 출시한 회사라면, 잘 정의되고 완전히 정리된 사용자 가이드를 갖게 될 것이고, 블루 오리진은 아직 그것을 가지고 있지 않지만, 그들은 거기에 도달할 것입니다."

이 우주선은 발사 후 화성으로 가는 데 약 11개월이 걸릴 것입니다. 맨디가 이번 임무에서 도달해야 할 가장 중요한 지점인 화성 궤도 진입 화상까지 약 7번의 화상이 있을 예정이며, 이는 약 700초 동안 지속될 예정이다.

Mandy는 "단 한 번의 치명타 화상이라는 점을 제외하면, 일단 MOI를 통과하면 전반적으로 모든 면에서 여유 질량과 마진을 얻을 수 있기 때문에 확실히 중요한 부분입니다"라고 말했습니다. "그리고 중력은 당신 편입니다."

New Glenn 차량은 2024년 2월 21일에 일련의 탱킹 및 기계 시스템 테스트를 받기 위해 처음으로 출시되고 뒤집혔습니다. 이미지: 블루 오리진

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