스페이스 클럽 화성 위성 연구를 위한 일본 MMX 임무 발사

[발사대]

일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 올해 이 기회를 이용해 이상적인 궤도로 화성 행성 포보스에 도달할 행성 탐사선을 보내고 있습니다. 이 궤적은 11월 9일까지 지속되었습니다. 화성 위성 탐사(MMX) 임무는 10월 19일 월요일 19:41 UTC에 다네가시마 우주센터 LA-Y2 발사대에서 H3-24L 로켓 위에 실려 성공적으로 발사되었습니다.

높이 63m인 H3-24L은 일본 H3 로켓 계열 중 가장 강력한 변형으로, 타네가시마에서 동쪽으로 향하는 궤적을 따라 액체 산소와 액체 수소를 추진제로 사용하는 두 개의 LE-9 엔진과 네 개의 고체 로켓 부스터로 구동되었다. 이 로켓은 H3 F10으로 개별적으로 알려져 있으며, MMX를 하층 대기에서 공기역학 힘으로부터 보호하기 위해 긴 페어링 구성을 사용했습니다.

2단과 MMX는 X+10:40분에 지구 주위 초기 주차 궤도에 도달했습니다. 4,480kg의 MMX 우주선이 X+1:11:12 시각에 로켓에서 분리된 후, 이 우주선은 2027년 8월 도착을 목표로 화성에 도달하는 데 10개월이 걸리는 궤적에 들어섰습니다. MMX는 주 임무인 포보스와 데이모스를 연구하기 전에 화성을 공전할 예정입니다.

화성 위 6,000km 상공을 도는 포보스 근처의 MMX 작가상화. (출처: JAXA)

포보스는 27 x 22 x 18km 크기의 화성에서 가장 큰 위성으로, 데이모스보다 지형이 다양해 임무의 주요 목표입니다. 하지만 MMX는 15 x 12 x 11 km 크기의 데이모스에 대한 플라이바이도 수행하여 추가 데이터를 수집할 예정입니다. 데이모스는 두꺼운 레골리스층으로 덮여 있어 분화구가 부분적으로 묻혀 있습니다.

1877년에 망원경으로 발견된 포보스와 데이모스는 각각 그리스어로 '두려움'과 '공포'를 뜻하는 단어에서 이름을 따왔습니다. 화성의 두 위성은 유럽의 마스 익스프레스, NASA의 궤도선 임무, 2020년 일본 로켓으로 화성에 발사된 에미리트 호프 탐사선 등 이전 화성 임무들에 의해 촬영되고 연구되었습니다.

MMX는 화성 도착 약 한 달 후에 포보스 근처에서 '준위성 궤도'(QSO)에 진입할 예정인데, 화성의 중력은 지구의 1/1700에 불과해 일반적인 원형 궤도를 유지하기에는 너무 약합니다. 우주선은 화성을 공전하며 포보스를 '따라가는' 것처럼 보이고, 작은 위성이 천천히 화성 쪽으로 나선형으로 나선형으로 돌고 있으며 결국 고리를 형성할 수도 있습니다.

MMX 우주선이 발사 준비 중입니다. (출처: DLR)

MMX는 QSO를 통해 13개의 다국적 과학 장비를 활용해 포보스를 집중적으로 연구할 예정입니다. 이 임무는 국제적으로 광범위한 참여를 하고 있으며, NASA는 화성 위성 탐사에 감마선과 중성자(MEGANE) 장비를 제공했습니다. 또한 프랑스의 CNES는 MMX 적외선 분광기(MIRS)를, CNES와 독일의 DLR은 IDEFIX 로버를 제공합니다.

유럽우주국(ESA)은 스페인, 아르헨티나, 호주에 있는 추적소 접근을 포함한 MMX에 대한 지원을 제공할 예정입니다. 골드스톤, 마드리드, 캔버라 시설을 가진 NASA의 딥 스페이스 네트워크는 미사사와 우스다에 있는 JAXA의 심우주 추적 스테이션을 보완할 것입니다. 또한 유럽은 MMX에 Ka-밴드 안테나를 제공하고 있습니다.

우주선의 13개 기기는 포보스와 데이모스를 상세히 분석할 것입니다. 메가네는 일본어로 '안경'을 뜻하는 단어로, 메릴랜드에 위치한 존스 홉킨스 대학교 응용물리학 연구소에서 개발되었습니다. 이 기기는 달에서 방출되는 중성자와 감마선의 에너지를 측정하여 포보스의 원소 구성을 '관찰'하도록 설계되었습니다.

H3-24L F10 차량이 발사 준비 중입니다. (출처: JAXA)

참고

• MMX 업데이트
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프랑스에서 개발한 MIRS 장비는 근적외선 영상 분광기를 이용해 포보스와 데이모스의 광물 조성을 특성화하도록 설계되었습니다. 분광기 외에도 MMX는 화성을 4K 및 8K 해상도로 관측할 수 있는 슈퍼 하이비전 카메라 등 여러 카메라를 탑재하고 있는데, 이는 붉은 행성에서 이전에 달성된 적 없는 기능입니다.

지질고양학용 망원경 나디르 이미저(TENGOO)는 해상도 40cm의 망원경 카메라로, 포보스와 데이모스의 지표면 지형과 지형학적 특징을 지도화합니다. TENGOO는 천채 이미저(OROCHI)로 구성된 광학 방사도계와 함께 작동합니다. OROCHI는 여러 파장으로 촬영하도록 설계되었으며, 수화 광물과 유기물을 식별할 수 있는 광각 분광 카메라입니다.

또한 라이다 레이저 고도계, 화성 주변 먼지 모니터, 질량 스펙트럼 분석기, 행성간 방사선 환경 모니터 등 다른 도구들과 함께 화성 시스템을 연구할 예정입니다. 우주선에 내장된 기기 외에도, MMX는 유럽에서 제공한 IDEFIX 로버를 포보스 표면에 투입할 예정입니다.

포보스에 있는 IDEFIX 로버의 아티스트 상처. (출처: DLR)

IDEFIX는 유명한 프랑스 만화 아스테릭스의 개 이름을 따서 명명되었으며, 지구의 동반자가 아닌 달에 착륙하는 최초의 로버이자, 중력이 제한된 작은 천체에서 작동을 시도하는 최초의 로버가 될 것입니다. 로버는 저중력 환경에서 작동할 수 있음을 입증하려 하며, 카메라, 방사계, 라만 분광기를 갖추고 있습니다.

MMX는 포보스에 도착하면 두 가지 샘플링 도구를 사용할 예정입니다. 코어러 샘플러(C-SMP)는 로봇 팔과 특수 형태-메모리 합금을 사용하는 액추에이터를 사용해 달 표면에 2센티미터 이상을 뚫어 코어 샘플을 채취할 것입니다. 공압 샘플러(P-SMP)는 C-SMP와 함께 작동하여 지표에서 레골리스를 채취합니다.

P-SMP는 NASA와 현재 블루 오리진의 전액 자회사인 허니비 로보틱스가 제공하는 이 일본 주도 임무의 또 다른 국제 협력 사례입니다. 허니비 로보틱스는 스피릿, 오퍼튜니티, 큐리오시티 화성 탐사로버와 화성 피닉스 착륙선을 위한 도구를 개발하는 등 행성 임무용 도구 제작에 풍부한 경험을 가지고 있습니다.

처리 중인 MMX 샘플 반환 캡슐. (출처: JAXA)

MMX가 포보스와 함께 QSO에 들어가면, 1년 이상 지구 1년 이상 달을 스캔하며 안전하고 흥미로운 착륙 지점을 탐색하고, MMX가 포보스에 착륙하기 전에 IDEFIX를 표면에 방출할 예정입니다. 탐사선의 포보스 두 차례 착륙은 2028년 12월 이후로 이루어질 예정이며, 표면에서 샘플을 채취하는 데 2시간에서 3시간 정도만 머무를 예정입니다. 임무의 목표는 포보스에서 최소 10g의 물질을 수집하는 것입니다.

샘플은 2031년에 호주에 착륙할 샘플 반환 캡슐에 실려 지구로 돌아올 예정입니다. MMX는 아마도 화성 시스템에서 지구로 귀환하는 최초의 임무가 될 것이며, 탐사선은 2030년에 샘플을 가지고 화성을 떠날 예정입니다. 이 샘플들은 화성 시스템에서 지구로 도착하는 최초의 샘플이 될 수도 있지만, 중국은 2031년경 지구로 귀환할 톈원-3 화성 샘플 반환 임무도 계획 중이다.

MMX는 포보스 착륙을 시도한 첫 번째 임무가 아니며, 달에서 샘플을 회수하려는 시도도 아닙니다. 소련은 1988년에 포보스 1호와 포보스 2호 탐사선을 발사했으며; 포보스 1호는 행성간 항해 중 연락이 끊겼으나, 포보스 2호는 1989년 1월 화성에 성공적으로 도착했습니다. 그러나 관제사들은 3월 말 포보스 2호가 포보스 표면에 착륙할 계획 직전에 연락이 끊겼다.

https://www.youtube.com/live/Fn6gzuGa-6c?si=UjixVOKSttGFzbta

20년이 넘는 후, 러시아는 포보스 1호와 2호 탐사선을 기반으로 착륙선 및 샘플 반환 임무를 수행하며 포보스로 귀환을 시도했습니다. 포보스-그룬트 탐사선은 2011년에 저지구 궤도에 발사되었으나, 상단 단계가 점화되지 않아 탐사선이 화성에 도달하지 못했습니다. 포보스-그런트는 결국 지구 대기권에 재진입하여 파괴적인 최후를 맞이했다.

MMX는 과거 임무들이 실패한 지점에서 성공하는 것을 목표로 합니다. 과학자들은 포보스에서 가져온 샘플이 화성의 위성들이 포획된 소행성인지, 아니면 지구의 달이 형성된 것으로 추정되는 거대한 천체가 화성에 충돌하면서 형성되었는지 답해주길 기대하고 있습니다.

이 샘플들은 또한 초기 화성 시스템의 진화에 대해 과학자들에게 많은 것을 알려줄 수 있는데, 특히 포보스 표면이 운석 충돌로 화성에서 방출된 물질로 덮여 있는 것으로 여겨지기 때문입니다. 만약 이것이 사실이라면, 샘플에는 화성 표면의 물과 생체 신호 등 조건의 직접적인 증거가 포함될 수 있습니다.

데이모스는 화성 위 20,068km 상공을 돌고 있으며, 호프 탐사선이 촬영했습니다. (출처: 에미레이트 마스 미션)

MMX는 일본의 첫 샘플 반환 임무가 아니다. JAXA는 하야부사 탐사선으로 25143 이토카와와 162173류구의 샘플 착륙 및 회수 경험이 있습니다. 첫 번째 하야부사 탐사선은 2010년 이토카와에서 1그램 미만의 물질을 반환했으며, 하야부사2는 2020년 류구에서 5.4g의 물질을 반환했습니다.

MMX 발사는 2026년 H3의 세 번째 발사였으며, 올해 26개월마다 반복되는 기간 동안 유일한 화성 발사입니다. MMX가 화성의 위성과 부차적으로 행성 자체를 연구하는 동안, 앞으로 몇 년간 여러 기관의 붉은 행성 임무가 계획되어 있습니다. 여기에는 ESA의 로잘린드 프랭클린 로버, NASA의 SR-1 프리덤, 톈원-3 등이 포함되며, 모두 2028년에 비행할 예정입니다.

(주요 이미지: H3-24L F10이 MMX 탐사선을 탑재해 화성의 위성을 연구하기 위해 발사됨. 출처: JAXA)

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