한국항공우주연구원

  미국을 비롯한 세계 주요 우주선진국은 화성 탐사에 많은 노력을 기울이고 있다. 그 중에서도 미국이 가장 앞선 행보를 보이고 있으나 최근 탐사로버를 이용한 화성탐사 이후에 대한 계획, 즉 2020년 이후의 화성탐사 계획을 두고 많은 논의가 이뤄지고 있다. space news誌 에 따르면, 미국은 지난 3월 화성탐사 단기 계획을 마련하면서 당초 올 3월로 예정되어 있던 ‘Insight Mars’의 발사를 핵심장비의 문제점을 보완하기 위해 오는 2018년으로 연기하였다. 따라서 뒤이은 후속 미션인 탐사로버 발사도 2020년에서 2021년 초로 순연되고 있다. 그러나 중요한 점은 단기 계획들의 순연이 아니라 2020년 이후의 화성탐사를 어떻게 이끌어 갈 것인가? 이다. 그간 행성과학계의 관심은 상당부분 화성의 표면에서 암석 등의 표본을 채취하여 지구로 가져오는 것에 초점이 맞춰졌다면 향후에는 궤도선을 활용한 탐사활동이 하나의 대안으로 떠오르고 있다. 본 考에서는 space news誌 에 소개된 관련 기사를 소개하고자 한다. 

<그림은 첨부파일 참고>

  현재의 계획으로는 Mars 2020 로버가 샘플을 채취하면 이를 다시 지구로 되가져오는 부가적인 임무가 수행 되어야 한다. 그러나 최근 MEPAG(Mars Exploration Program Analysis Group)의 연구에 따르면 궤도선이 화성궤도로 쏘아 올려 진 샘플을 잡아서 지구로 보내는 것을 생각할 수 있다는 것이다. 그러기 위해서는 태양전지추력 필요한데 이 기술은 이미 NASA의 유인 화성탐사 이전 임무들을 통해서 정의되어 지고 개발을 이어오고 있는 기술이다. 샘플을 채취하여 컨테이너로 보내는 데는 그렇게 큰 태양전기추력이 필요하지는 않으나 이를 지구로 보내는 데는 보다 강한 태양전기 추력을 필요로 한다. 이는 미국의 소행성궤도변경 임무(Asteroid Redirect Mission)에 소요되는 추진력과 비슷하다고 한다.

<그림은 첨부파일 참고>
  궤도선이 일련의 모든 임무를 수행하기 위해서는 최소 5년 이상은 궤도에 머물러 있어야 하는데 2020년 화성탐사 로버가 화성에 착륙하여 샘플을 채취하여 지구로 보내는데 이를 지원하기 위한 2022년 궤도선은 태양전기추력을 이용하여 서서히 화성궤도를 돌다가 벗어나 지구로 귀환하게 된다.
  MEPAG 연구팀의 Bruce Campbell 박사는 태양전기추력 시스템은 궤도선이 보다 많은 과학임무를 지원 할 수 있게 할 것이라고 말하고 있다. 일부에서는 화성의 위성인 Phobos와 Deimos 궤도에서 과학임무를 수행할 수 있을 것으로 내다보고 있다. 또한 궤도선 하나로 위치를 이동하거나 경사각을 바꾸는 등 다양한 임무를 수행함으로써 부가적인 궤도선 발사를 줄일 수 있어 보다 생산적이며 효율적인 우주탐사 활동을 수행할 수 있을 것으로 전망하고 있다. 이 같은 점은 우주탐사에 있어 매력적인 요인으로 작용을 하나, 아직 이러한 개념의 탐사선(궤도선)의 개발비용 추정이나 2022년 궤도선에 대한 구체적 예산이 확정된 것은 없는 것으로 알려지고 있다. 이를 위한 방안의 하나로 상대적으로 비용이 낮은 “디스커버리 급(Discovery-class)” 본체를 이용하여 개발하는 방안도 제안되고 있다. NASA 행성과학 부서장인 Jim Green은 MEPAG 회의에서 2017년 이를 위한 기획연구를 위해 천만 달러의 예산을 요구하고 있다고 밝히고, 또한 관련 연구가 진행되고 있음을 시사한 바 있다. 또한 동 회의에서 2022년 발사를 위해서는 하루 빨리 연구가 진행되어야 한다는 의견들이 있었으며 여기에 장기적 미션으로 이끌어 갈 궤도선의 탑재장비에 대한 내년 발표에 대한 여러 이슈들도 논의되었다.  
  우주과학자들은 다음 임무 발사인 2024년으로 계획이 미뤄지는 것은 원치 않고 있다. 그러기 위해 대략적인 스케줄상, 2022년 발사를 위해서는 관련 연구가 늦어도 금년 하반기에는 시작되어야 한다고 말하고 있다. 다른 여타 미션도 그러하지만 특히 궤도선 개발의 중요 핵심사항은 바로 개발의 타이밍이다. 그래야만 다른 우주선과 미션들을 지원할 수 있기 때문이다.
  이상의 기사에서 보듯 그간 우리는 화성 착륙선과 로보에 초점을 두고 바라봤으나 기술적 진보와 탑재체를 적절히 활용한다면 우주탐사에서 궤도선(Orbiter)의 가치는 보다 증대될 것이라는 것이다. 우리의 달탐사 궤도선도 많은 가능성을 시험하고 좋은 결과를 보여줄 것을 기대한다. 
    

■ 참조 ■
MAVEN: MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN)은 NASA의 화성 스카웃 프로그램의 일환으로 화성 궤도에 머무르며 화성의 대기 조사와 연구를 진행하는 탐사선으로 화성의 대기와 화성의 물이 존재하게 된 배경을 알아내는 것이 목적. 애틀러스 V 로켓에 탑재되어 2013년 11월 18일에 성공적으로 발사. 2014년 9월 22일에 최원점 6,200km, 최근점 150km인 화성 궤도에 성공적으로 진입.
※ 제작기관: 록히드 마틴, 콜로라도대 볼더, 버클리, GSFC
    발사중량: 2,454kg (5,410lb), 페이로드 중량: 65kg (143lb)
    전력: 1,135W
 
MEPAG: MEPAG(Mars Exploration Program Analysis Group)은 NASA 계획 또는 미래화성탐사 활동에 대해 과학계의 의견을 전달하는 포럼 형태의 전문가 그룹으로, 우주탐사 프로그램 전문가들로 구성되어 있으며 법률(FACA)에 의거 NASA 자문단(NAC)의 행성과학 소위원회(PSS) 에 보고토록 되어 있음.  

※ 이 글은 아래 자료를 참조하여 작성하였습니다.
1. www.spacenews.com (2016. 3.28일자 간행물)
2. www.nasa.gov
3. Wikipedia 자료