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왜 최근 들어 화성탐사선 발사가 많을까?

김승조의_우주항공기술강좌 작성자: 김승조
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작성일: 2020-07-31 09:31:23

왜 최근 들어 화성탐사선 발사가 많을까?


최근들어 세계 곳곳에서 화성 탐사선 발사가 이어지고 있다.


지난 720일 일본 타네가시마 발사장에서 H-2 로켓으로 UAE의 화성궤도선 HOPE( 아랍어로 알아말)가 성공적으로 궤도에 올랐다. 비록 설계, 제작은 미국 대학 연구센터(콜로라도, 아리조나, Cal 버클리 대학) 들이 수행하고 발사는 일본의 미쓰비시가 했지만 이 프로그램을 통해 150여명의 UAE측 엔지니어들이 참여하여 미래의 우주기술인력을 키우는 성과를 얻었다. 내년 2월경 화성궤도 진입을 예상하고 있는데 UAE가 석유기반경제에서 탈출해 지식기반 경제로 도약한다는 상징적인 사업이지만 2010년이 UAE독립 50주년을 기념한다는 정치적인 의미도 있다.  Hope는 무게 1350Kg(500Kg 추진제 무게 포함)로 크기는 작은 자동차 만하다. UAE 정부는 이 화성궤도선 개발을 위해 약 2억달러를 지원했다고 밝혔다.


UAE HOPE 화성 궤도선 개요



HOPE의 궤도 진입 경로


723일에는 화성 착륙선 Tianwen(天問) 1호 화성 착륙선이  중국 하이난섬에 최근(2014)에 완공된 웬창 발사장에서 창젱 5호 로켓으로 발사되어 성공적으로 화성행 천이궤도에 올랐다. 탐사선의 총 무게는 5000Kg으로 궤도선+착륙선과 Rover로 이루어져 있다. 착륙을 위해 낙하산과 역추진 로켓 그리고 마지막 착지를 위해 에어백을 사용한다고 한다. 궤도선은 카메라, 자력계, 입자측정기, 레이더 등 13종의 측정기를 탑재하고 있고 Rover는 자장측정기, 카메라, 레이더 등을 구비하고 있다. 중국은 2011년 러시아 화성탐사 프로그램에 동승해 Yinghuo-1 화성 궤도선을 준비했으나 러시아 우주선 Fobos-Grunt가 천이궤도에서 화성으로 가기 위한 추진 시스템고장으로 실패한 후 새로이 독자적인 화성탐사선 개발을 시작해 이번에 발사에 성공한 것이다. 현재까지는 순조로이 화성으로 향하고 있다 한다.



하이난 발사장에서 Tianwen 발사


Tianwen 착륙선과 로버



Tianwen의 화성착륙까지의 경로


미국 NASA는 화성탐사 Rover, Perseverance를 현지시간 730일 오전 750분에 플로리다 미공군 41번 우주발사대에서 ULA(BoeingLockheed Martin 합작사)사의 Atlas 5 로켓으로 화성행 천이궤도에 올리는데 성공했다. Perseverance7개월정도 후인 내년 218일경에 화성에 도착할 예정으로 지난번 화성탐사 Rover, Curiosity와 거의 같은 구조로 기능은 크게 향상되었다고 한다. 카메라만도 23개를 장착하고 화성의 대기로부터 이산화탄소를 채집하여 분석하는 기기인 MOXIE(mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment)를 장착해서 이상화탄소를 전기분해하는 과정을 구현해 미래 화성 정착시에 현장에서의 자원 활용 가능성을 시험볼 것이라 한다. 이번 탐사에서는 화성에 대기가 있다는 점을 착안하여 2대의 마이크를 장착해 화성에서 나는 소리를 채집할 예정이고, 또한 Perseverance에 동승한 1.8Kg짜리 무인 헬리콥터, Ingenuity는 화성대기를 비행하며 지구가 아닌 행성 대기에서의 최초 비행을 경험할 예정이다.




Perseverance의 탑재 장비들




  Ingenuity 화성대기용 헬리콥터




화성에서의 현장자원활용(ISRU)용 자원들의 순환



그러면 왜 7월에 화성탐사선 발사가 몰려 있는가를 알아보자.


지구에서 화성을 가는 방법은 여러 경로가 있을 수 있다. 최대의 에너지를 써서 화성을 향해 갈 수도 있겠지만 이는 불가능할 정도로 비효율적이라 비현실적이다. 우선 달은 지구 주위를 돌고 있으므로 비교적 쉽지만 지구와 화성은 태양을 중심으로 돌고 있어 때로는 완전히 반대편에 서로 위치할 수 있어 적절한 시기를 골라 화성으로 가는 것이 가장 효율적일 것이다. 쉽게는 지구와 가장 가까운 거리일 때 가는 것이 최적이라고 말하기도 하지만 정확하게는 델타 브이(delta V) 즉 속도 증분이 가장 적게 필요한 경로가 최적이게 되는 것이다. 다시 말하면 가장 적은 에너지를 요구하는 경로를 구하는 것이고 이 최적의 시기를 화성행 Launch Window라고 한다. 이 최적의 시기는 지구와 화성의 공전궤도를 검토해 볼 때 대략 22개월(780) 정도이고 최소 에너지가 요구되는 시기는 16년에 한번 온다고 한다. 올해(2020) 7월부터 9월 사이가 적절한 Launch Window이기 때문에 화성탐사선발사가 몰리게 된 것이다.

원래는 유럽 우주청 ESA와 러시아 우주청 ROSCOSMOS도 원래는 이 이번 Window에 발사하려 했으나 준비 부족으로 다음 윈도우 즉, 2020년 말경으로 연기하였다.



화성으로가는 발사윈도우가 열렸을때 항행경로



비록 UAE는 일본의 발사체로 발사를 했지만 우주탐사를 하려면 자국의 발사체가 있어야 한다. 우리나라는 지금부터 라도 진취적인 생각으로 발사체 개발목표를 상향 조절해야 한다. 발사체 개발은 기술적 개발 사업이다. 발사체 개발에 필요한 과학적인 기반은 폰 브라운의 V2로켓 개발 시절에 이미 거의 나와 있었다. 그 이후는 모두 기술적인 성취였다. 기술 개발 은 목표를 낮게 잡아 놓으면 아무리 최고로 개발 성공해도 세워진 목표를 넘어설 수 없다. 실패가 두려워 안전한 목표 하나마나한 목표를 세우면 안된다. 답답한 일이다.



 









댓글 2

  • 파이랜드 2020-08-03 추천 0

    미국은 앨런머스크의 하드캐리에 나사는 하던 연구 계속 하는터라 발사하는 거고
    중국은 달나라 미소경쟁으로 우주경쟁 시즌1을 찍었으니 우주경쟁시즌2는 화성으로 미국이랑 레이스 뛰는거죠.

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  • 기상관측병 2020-08-02 추천 0

    지금은 평화로워 보이죠? 하지만 머지않은 미래에 화성 쟁탈전 나아가 우주 쟁탈전이 벌어질 것입니다. 마치 대항해시대 열강들이 경쟁적으로 땅따먹기 싸움을 했듯이 말입니다.

    문제는 그들은 게임의 룰을 만들 능력이 있다는겁니다. 무엇이 암초고 무엇이 섬인지, 무엇이 영해고 무엇이 EEZ인지 이런 룰을 그들이 만들어왔던거죠. 원자폭탄을 보유할 수 있는 나라와 없는 나라를 선언한것도 그들이고요. 머지않아 갑자기 국제회의를 열고 지금까지 화성에 탐사를 해왔던 나라들 이외엔 더이상의 화성탐사 참여국은 없다라고 선언 하지 말란 보장이 없습니다. ㅋ

    그래서 우리도 빨리 행동해야합니다. 먹지는 못해도 침은 발라둬야겠죠.

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