한국항공우주연구원

한국시각 2015년 7월 14일 밤 9시경 인류의 우주 탐사에 있어서 기념비적인 임무가 수행될 예정이다. 2006년 1월 미국 플로리다주의 케이프 캐네버럴 공군기지에서 아틀라스 V 우주발사체에 의해 발사된 우주탐사선 New Horizons이 9년 이상의 우주비행 끝에 마침내 과거 태양계 9개 행성의 말석을 차지했던 명왕성 근처 12,500km를 근접 비행할 예정이다 (참고로 현재 한반도의 기상과 해양 정보를 획득하는 천리안위성의 임무 고도는 40,000km임). 이번 임무는 인류 최초의 명왕성 탐사로서 명왕성뿐만 아니라 위성인 카론 및 주변 Kuiper Belt 천체들의 특징을 연구하고자 하는 목적을 갖고 있다. 본 글에서는 명왕성 탐사 위성 New Horizons의 우주 비행 여정 및 임무에 대하여 설명한다.

< 그림은 첨부파일 참고 >

New Horizons가 탐사를 수행하게 되는, 이제는 왜행성(dwarf planet)으로 분류되는 명왕성은 1930년 미국은 클라이드 톰보에 의해 발견되었다. 명왕성 발견에 사용된 관측 자료는 그림 2에 잘 보이고 있다. 이 후 2006년 국제천문연맹 (International Astronomical Union: IAU)에 의해 태양계 주요 행성의 지위를 박탈당하기 전까지 태양계 제 9행성의 위치를 차지하였다.

< 그림은 첨부파일 참고 >

특히, 명왕성은 미국인에 의해 발견된 유일한 행성이었기에 2006년 당시 명왕성 지위의 변동과 관련되어서 많은 미국인들이 실망하였던 것으로 알려졌다. 흥미롭게도 명왕성을 발견한 톰보는 현재 한국인 류현진 선수가 활약하고 있는 미국 프로야구팀, LA다저스의 투수 클레이튼 커쇼의 할아버지라고 알려졌다. 명왕성은 공전궤도 (공전궤도의 일부가 해왕성 공전궤도의 안쪽에 위치함)의 특징, 위성인 카론과의 질량비 등 태양계 행성이라고 정의하기에 몇 가지 문제가 있었고 결국 2006년에 행성지위를 잃게 되었다.

2001년 탐사선 개발이 시작된 이래 2015년까지 미화 약 6억 5천만불 (한화 약 7천억원)이 투입된 New Horizons 미션은 2006년 발사 당시부터 몇 가지 주목할 만한 특징을 갖는다: 1)명왕성을 탐사하는 인류 최초의 미션, 2)지구중력권을 탈출하는 데 있어서 가장 빠른 속도를 갖는 미션 (지구 상대속도 초속 약 16.3km), 3)명왕성에 빨리 도착하기 위해 태양계 직접 탈출 궤도를 이용한 것 등이다. 비록 지구 중력권을 벗어날 당시에는 매우 빠른 속도로 우주비행이 이루어졌지만 태양의 중력 때문에 탐사선의 속도는 점점 느려지게 된다. 이를 보상하기 위해서 2007년 2월경 New Horizon은 목성 근처 약 2백 3십만 킬로미터를 비행하며 목성의 중력을 이용하여 가속 운동을 하였다(참고로 목성의 4대 위성 중 가장 바깥 궤도를 도는 칼리스토의 공전 반경은 약 1백 8십만 킬로미터임). 그림 3에 예상되는 New Horizons의 태양으로부터의 거리에 따른 속도 변화를 표시하였다. 목성 궤도 진입 전인 2006년 6월에는 목성 궤도와 화성 궤도 사이에 존재하는 소행성대를 지나며 소행성232524 APL을 관측하는 임무를 수행하였다.

< 그림은 첨부파일 참고 >

New Horizons은 발사 중량 약 470kg의 소형 탐사선으로서 궤도 수정등을 위해 80kg의 연료를 실었고 전기에너지를 사용하기 위해 원자력전지를 탑재하여 대략 250W의 전기를 사용한다. 전체적인 모습은 삼각형이며 (그림 5 참조) 심우주 통신을 위해 직경 약 2m의 안테나가 사용되었고 과학 연구를 위해 7개의 과학탑재체가 장착되었다. 이들 탑재체들은 명왕성에 도착하기 이전에 일부 사용되었고 최종 근접 비행 이전에 각종 눈금조정이 완료되었다. 특히, 고해상도 사진기(LORRI)는 2015년 5월 이후 허블우주망원경보다 좋은 해상도의 명왕성 관측 사진을 송신하고 있다.

< 그림은 첨부파일 참고 >

목성에 의한 가속 운동 이후 탐사선은 1년 중 약 2달을 제외한 대부분의 시간은 잠자기 모드로 운행된다. 이 모드에서는 내부 작동 상태를 확인하기 위한 최소한의 기능을 제외한 모든 기능의 작동이 제한되어 최소 에너지를 사용하여 운영된다. 2014년 12월 경 잠자기 모드에서 깨어났고 명왕성 도착과 관련된 임무 수행을 위한 각종 준비를 수행하였다. 그림 6에서 탐사선은 그림의 오른쪽 아래 부분에서 왼쪽 위로 비행하며 중간에 명왕성 및 위성이 포함된 지역을 지나치게 된다. 그러므로 탐사선 New Horizons은 명왕성을 포함하여 현재까지 알려진 5개 위성의 자세한 모습 및 물리․화학적 특징을 조사할 예정이며 혹시라도 존재할 수 있는 명왕성의 미확인 위성의 발견을 기대하고 있다. 이 후 탐사선은 Kuiper Belt에 진입해서 Kuiper Belt Objects (KBO)에 대한 관측을 수행할 예정이며 1970년대 후반 발사된 보이저 탐사선의 경우와 비슷하게 2050년경 태양계의 경계면 (Heliopause)까지 비행할 예정이 다. 금번 New Horizons의 명왕성 근접 비행과 관련되어 예상되는 각종 과학 자료에 대하여 미국뿐만 아니라 전 세계의 많은 학자들이 비상한 관심을 갖고 있고 명왕성의 비밀에 한 발 다가설 것으로 예상하고 있으며 더 나아가 태양계 형성과 관련된 많은 의문을 해결할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

< 그림은 첨부파일 참고 >

※ 이 글은 wikipedia 내용에 기반하여 작성되었다.