과학(Science)/우주 (Universe)

역대 '소천체 탐사선'

SURPRISER - Tistory 2022. 10. 12. 22:12

0. 목차

  1. 지오토(Giotto)
  2. 니어 슈메이커(NEAR Shoemaker)
  3. 스타더스트(Stardust)
  4. 하야부사 1호(Hayabusa 1)
  5. '로제타'와 '필레'
  6. 디프 임팩트(Deep Impact)
  7. 뉴 호라이즌스(New Horizons)
  8. 돈(Dawn)
  9. 하야부사 2호(Hayabusa 2)
  10. 오시리스-렉스(OSIRIS-REx)
  11. 루시(Lucy)
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0-1. 역대 소천체 탐사선 정리

소천체 탐사선 발사 연도 조직
지오토(Giotto) 1985년 ESA
니어 슈메이커(NEAR Shoemaker) 1996년 NASA
스타더스트(Stardust) 1999년 NASA
하야부사 1호(Hayabusa 1) 2003년 JAXA
'로제타(Rosetta)'와 '필레(Philae)' 2004년 NASA
디프 임팩트(Deep Impact) 2005년 NASA
뉴 호라이즌스(New Horizons) 2006년 NASA
돈(Dawn) 2007년 NASA
하야부사 2호(Hayabusa 2) 2014년 JAXA
오시리스-렉스(OSIRIS-REx) 2016년 NASA
루시(Lucy) 2021년 NASA

1. 지오토(Giotto)

  1. 발사 연도: 1985년
  2. 조직: ESA

 '지오토(Giotto)'는 'ESA(유럽 우주국)'에서 만든 혜성 탐사선으로 '핼리 혜성(Halley's Comet)'에 접근하기 위해 만들었다.

혜성 탐사선 '지오토(Giotto)'

2. 니어 슈메이커(NEAR Shoemaker)

  1. 발사 연도: 1996년
  2. 조직: NASA
  3. 발사체: 델타-2 로켓

 '니어 슈메이커(NEAR Shoemaker)'는 소행성 '에로스(433-Eros)'를 탐사할 목적으로 만들어진 우주 탐사선이다. 433이라는 번호는 지금까지 발견된 소행성 가운데 궤도가 밝혀진 433번째 소행성이라는 뜻이다. 과학자들은 이 소행성이 달이나 행성 등의 일부였다가 수십억 년 전에 떨어져 나와 태양을 회전하고 있는 것으로 추정하고 있다.

 원래 탐사기의 이름은 'NEAR(Near Earth Asteroid Rendezvous, 지구 근방 소행성 접근 계획)'이었다. 이후에 '니어 슈메이커(NEAR Shoemaker)'로 이름을 바꾼 것은, 이 탐사선 계획의 중요 인물인 '유진 슈메이커(Eugene Merle Shoemaker, 1928~1997)'를 기르기 위해, 미션 종료 후에 이름을 바꾼 것이다.

 '니어-슈메이커 호'는 강력한 카메라는 물론이고, 이 소행성의 표면 지도 작성과 탐사, 밀도 및 화학 성분, 자기장 등을 측정할 5개의 장비를 가지고 있다. '니어-슈메이커 호'는 2억 2천400만 달러가 투입되어, 미국 존스홉킨스대 응용물리연구소와 NASA에 의해 공동 제작되었다. 그리고 1996년 2월 17일 미국 케이프 커내버럴 공군기지에서 '델타-2 로켓(delta-2 roket)'에 실려 발사되었다. '니어 슈메이커 호'는 로켓 점화에 문제가 생겨, 예상보다 1년이 늦은 2000년 2월 14일에서야 소행성 에로스의 궤도 진입에 성공하였다. 에로스의 궤도에 들어선 후 상공 20~30km 지점에서 표면 촬영을 시작했으며, 같은 해 10월에는 6km 상공에서, 2001년 1월 24일에는 3km 상공까지 근접해 1m 크기의 물체를 식별할 수 있는 사진들을 찍어 지구로 전송하였다. 그리고 2001년 2월 12일에는 마침내 소행성 '433-에로스'의 표면에 착륙하였다.

니어 슈메이커 (NEAR Shoemaker)

3. 스타더스트(Stardust)

  1. 발사 연도: 1999년
  2. 조직: NASA

 '스타더스트(Stardust)'는 NASA 역사상 처음으로 혜성 탐사 임무를 띠고 발사된 우주 탐사선이다. 1999년 2월 8일에 발사된 스타더스트는 5년간의 우주 여행 끝에 2004년 1월, 화성과 목성 사이에 위치한 '와일드 2(Wild 2)' 혜성에 접근하였으며, 혜성의 중심 부분을 촬영하고, 꼬리에서 얼음과 먼지를 채취하였다. 그 후, 2006년 1월 미국 유타 주의 사막 지역에서 '와일드 2' 혜성의 먼지 샘플을 담은 캡슐을 낙하산을 이용해 착륙시켰다.

스타더스트(Stardust)

4.하야부사 1호(Hayabusa 1)

  1. 발사 연도: 2003년
  2. 조직: JAXA

 '하야부사호(Hayabusa)'는 일본 최초의 소행성 탐사선으로, 일본어로 '매'를 뜻한다. '하야부사 1호'는 소행성 표면에서 시료를 채취한 세계 최초의 탐사선이다. 2003년 5월에 발사되어, 소행성 '이토카와(Itokawa)'에 착륙하여 샘플을 채취한 뒤, 2010년 6월에 지구로 돌아왔다. 이전에 탐사선 '니어 슈메이커(NEAR Shoemaker)'가 소행성에 착륙한 적이 있긴 하지만, 착륙 목적으로 설계된 것은 아니었다. 또 '니어 슈메이커'는 착륙 후 임무를 종료한 데에 비해 '하야부사 1호'는 착륙과 동시에 소행성 표면에서 시료를 채취했다.

 '하야부사 1호'는 '제논 이온엔진(Xenon Ion Engine)'을 탑재하였으며, 2003년 발사 후 2005년 9월에 '이토카와(Itokawa)'에 도착할 때까지 약 2년 동안 가속을 계속했다. 그런데 하야부사 탐사선은 시료 채취를 위해 착륙하는 과정에서 문제가 생겼다. 시료 채취를 위해 착륙하는 과정에서 보조엔진 연료가 누출된 데다, 자세제어 장치까지 문제를 일으켰다. 이후 궤도를 이탈하였고, 통신까지 두절되었다. 하지만 지상국에서 가능한 모든 기능을 활용해 일부 기능을 복구하는데 성공하여, 결국 임무를 완수하는 데 성공하였다. 그래서 당초 4년 예정이던 탐사 임무는 7년이 넘어서야 겨우 마무리할 수 있었다. 하지만 이 과정에서 많은 일본인이 감동했고, 우주 개발에 관한 국민적 관심을 불러일으키는 계기가 되었다. 이를 영화화한 작품도 방영되었는데, 하야부사 1호를 다룬 영화의 제목은 '하야부사: 아득한 귀환(Hayabusa: The Long Voyage Home)'이다.

 '하야부사'에는 4기의 '이온 엔진(Ion Engine)'이 탑재되었다. '이온 엔진'은 '연료(추진체)'를 이온화 하고, 강한 전기장을 만듦으로써 그 이온을 가속해 분사하면, 그때의 반작용으로 탐사선을 추진시킨다. '이온 엔진'의 추진제로는 비활성 기체의 하나인 '제논(Xe, 원자번호 54번)'이 사용되었다. 종래의 탐사선에는 연료와 산화제를 연소시키는 '화학 추진 엔진'이 사용되었다. 그에 비해 이온 엔진은 '전기 추진 엔진'의 일종이며, 화학 추진 엔진에 비하면 추진력이 작다. 그러나 연료의 효율, 즉 연비가 매우 좋다는 이점을 가지고 있다. 그래서 '이온 엔진'은 이전부터 주목되어 왔다. NASA에서는 '디프 스페이스 1호'라는 탐사선에 이온 엔진이 주엔진으로 탑재된 적이 있다. 그리고 일본에서는 자세 제어용으로 '이온 엔진'이 탑재된 적이 있다. 하지만 일본에서 주엔진으로 '이온 엔진'이 탑재된 것은 하야부사가 처음이었다.

하야부사(HAYABUSA)

5. '로제타'와 '필레'

  1. 발사 연도: 2004년
  2. 조직: NASA

 2004년 3월에 발사된 '유럽 우주국(ESA)'의 혜성 탐사선 '로제타(Rosetta)'와 그 착륙선 '필레(Philae)'는, 2014년 8월부터 '추류모프-게라시멘코 혜성'과 '랑데부(두 개의 인공위성 가운데 하나를 다른 하나에 접근하도록 조정하여 동일 궤도에 들어가서 함께 비행하게 하는 일)'해 관측하였다. 이로써 투하된 '필레'는 최초로 혜성 핵에 착륙한 탐사선이 되었다. 2015년 8월 13일 '추류모프-게라시멘코 혜성'이 '근일점(태양에 가장 가까워지는 시점)'에 이르기까지, 활발해지는 혜성 핵의 모습을 가까이에서 관측했다. 왜냐하면 근일점에 다가감에 따라, 어쩌면 '중수소의 비'도 바뀔지도 모른다고 생각되기 때문이다.

 '필레(Philae)'는 이 혜성의 핵에 착륙할 때 쓰러져 태양광이 충분히 비치지 않아 '휴면' 상태에 들어갔지만, 그전에 '로제타(Rosetta)' 본체는 혜성의 '중수소의 비'를 관측했다. 중수소의 비는 지구 바닷물의 기원을 알아내는 데 쓰이는 하나의 지표로 쓰인다. 지구의 바닷물은 지구의 재료가 된 미행성 이외에 원시 지구에 쏟아져 내린 소천체로부터 왔으리라고 생각된다. 단, 소행성과 혜성으로부터 각각 어느 정도의 비율로 왔는지에 대해서는 잘 모른다.

 '로제타(Rosetta)'가 측정한 '추류모프-게라시멘코 혜성(Churyumov-Gerasimenko)'의 '중수소의 비'는 지구의 바닷물에서 나타나는 수치와 3배 정도나 달랐다. 또 '추류모프-게라시멘코 혜성'의 핵은 그 모양으로 미루어보아, 두 천체가 충돌·합체하여 생긴 것 같다.

혜성 탐사선 '로제타(Rosetta)'와 그 착륙선 '필레(Philae)'

6. 디프 임팩트(Deep Impact)

  1. 발사 연도: 2005년
  2. 조직: NASA

 '디프 임팩트(Deep Impact)'는 NASA가 2005년 1월에 쏘아 올린 무인 우주 탐사선이다. '디프 임팩트'는 '템펠 1(Tempel 1)' 혜성에 부딪치게 한 후, 충돌 순간 방출되는 물질을 카메라와 분광기로 촬영해 혜성의 비밀을 알리는 것을 목적으로 한다. '템펠 1' 혜성은 1867년 '윌헬름 템펠'이 발견한 혜성으로, 5.5년을 주기로 태양을 공전하고 있다.

 '디프 임팩트'는 6개월간의 항해 끝에 '템펠 1' 혜성의 궤도에 접근했으며, 2005년 7월 3일에는 '충돌선(Impacter)'을 발사하였다. 구리로 만들어진 '충돌선'의 무게는 370kg로 세탁기만 한 크기다. 자체 운항 시스템을 갖춘 '충돌선'은 모선을 떠난 지 24시간 후인 7월 4일에 시속 36000km의 속도로 얼음으로 뒤덮인 '템펠 1' 혜성에 충돌하는 데 성공하였다. 사람이 쏘아 올린 비행체가 우주 공간에서 혜성 표면과 부딪친 것은 인류 역사상 처음이었다.

 한편, 탐사선의 모선은 '충돌선이 혜성과 충돌하기 직전 혜성의 모습'을 담은 사진과 정보를 지구로 전송해왔다. 또 템펠 1 혜성에 충돌한 '충돌선'은 혜성의 표면 구조와 구성 물질 같은 자료를 얻었다. 이로써 과학자들은 이를 통해 태양계 형성 당시에 우주에 어떤 물질이 존재했는지를 일부 확인하는 성과를 올리게 되었다.

NASA의 탐사선 '디프 임팩트(Deep Impact)'

7. 뉴 호라이즌스(New Horizons)

  1. 발사 연도: 2006년
  2. 조직: NASA

 2006년 1월에 발사된 NASA의 탐사선 '뉴 호라이즌스 호(New Horizons)'는 인류 최초의 무인 소행성 탐사선이다. '뉴 호라이즌스 호'는 명왕성과 그 크기가 각각 다른 위성에 접근에 관측을 했다. '카이퍼 벨트'에 대한 직접 탐사는 사상 최초이다. 카이퍼 벨트에는 행성으로 성장하다가 도중에 멈춘 소천체가 많이 있다.

 명왕성 등에 접근할 때의 관측 데이터는 1년 이상에 걸쳐 지구로 전송되었으며, 명왕성의 정보와, 명왕성 최대의 위성 '카론'의 대기, 조성, 지질 그 밖의 작은 위성에 관한 많은 정보를 얻을 수 있었다. 그 결과, 명왕성과 카이퍼 벨트 천체에 대한 지식은 크게 바뀌었다. 그 후, 뉴 호라이즌스 호는 2019년 1월에 다른 '카이퍼 벨트' 천체인 '2014M69'에 접근하는 궤도로 들어갔다.

뉴 호라이즌스(New Horizons)

7-1. '뉴호라이즌스'가 촬영한 '아로코스'

 탐사선 '뉴 호라이즌스(New Horizons)'는 2015년 명왕성을 관측한 뒤, 2019년에 명왕성보다 먼 곳에 있는 천체를 사상 최초로 '플라이바이(Fly by)' 관측했다. 그렇게 촬영된 '해왕성 바깥 천체(TNOs)' '아로코스(Arrokoth)'는 두 천체가 눈사람처럼 달라붙은 형태를 하고 있어 연구자들을 놀라게 했다. 긴 축의 길이는 32km 정도이다.

아로코스(Arrokoth)

8. 돈(Dawn)

  1. 발사 연도: 2007년
  2. 조직: NASA
  3. 무게: 1250kg

 'NASA(미 항공우주국)'는 '돈(Dawn)' 탐사선에 '이온 추력기(Ion Thruster)'를 부착하여, 오랜 시간 추력을 발생하여 탐사선의 속도를 가속시켜 두 소행성의 궤도에 머물며 소행성을 관측한다는 특별한 계획을 세웠다. 그동안의 무인 탐사선은 행성을 지나가며 몇 시간 정도만 관측하여 충분한 관측을 할 수 없었는데, 이 계획에서는 한 탐사선으로 두 소행성을 탐사하려고 한 것이다.

 NASA의 소행성 탐사선 '돈(Dawn)'은 2007년 9월 27일 '델타 4 우주 로켓'에 의해 발사되어, 소행성에서 최대급인 '세레스(Ceres)'와 '베스타(Vesta)'를 탐사하였다. 두 천체는 모두 내부에 층 구조를 가진 '분화 천체'이며, 행성 형성의 단계를 연구하기에 적합한 소행성이다. 이 둘은 대조적인 특징을 가지고 있다.

NASA의 소행성 탐사선 '돈(Dawn)'

8-1. '돈(Dawn)'의 '베스타(Vesta)' 관측

 '돈(Dawn)이 처음 탐사한 것은 암석질로 금속 핵을 가진 '베스타'였다. '돈'은 2011년 7월부터 14개월 동안 이루어진 선회 관측에서 지각의 두께 등 내부 구조와 지질 분포를 상세히 밝혀냈다. 베스타에는 천체의 반지름보다 거대한 화구가 있었으며, 그 충돌 파편의 일부가 지구에 운석으로 떨어지고 있으리라고 생각된다. 또 베스타가 기원이라고 알려진 운석과 직접 탐사한 결과를 비교함으로써, 샘플 리턴에 준한 자료도 얻게 된다는 점이 '돈 미션(Dawn Mission)'의 특출한 점이다.

'돈(Dawn)'이 2011년에 촬영한 '베스타(Vesta)'

8-2. '돈(Dawn)'의 '세레스(Ceres)' 관측

 '베스타'의 관측을 마친 '돈(Dawn)'은 '세레스(Ceres)'에 도착해, 2015년 3월 6일부터 선회 관측을 시작했다. '세레스(Ceres)'는 소행성대 최대의 천체로, 2006년부터는 '왜소행성'으로 분류되었다. 원래 세레스에는 지하에 얼음층이 존재하리라고 생각되었다. 그래서 돈은 이를 확인하기 위한 관측을 하였고, 수증기가 방출된 영역에서 주위에 비해 매우 밝은 지형이 발견되었다.

 그리고 그 후의 탐사에 의해, 이 지형은 지름 약 92km의 '오카토르 화구(Occator Crater)'가 약 8000만 년 전에 형성되었을 때, 지하에서 분출한 흙탕물의 자취로 '암염(Halite)'에서 생기는 것이라 생각되었다. 또 '세레스'의 최고봉인 '아후나(Ahunas) 산'은 얼음 화산에 의해 형성되었고, 붕광 관측에 의해 물이 언 얼음의 존재가 세레스 전체에 퍼져 있다는 점이 시사되었다. 세레스는 마치 암석 행성과 얼음 천체의 중간 같은 특징을 가지고 있다.

소행성 '세레스(Ceres)'의 '오카토르 화구(Occator Crater)'

9. 하야부사 2호(Hayabusa 2)

  1. 발사 연도: 2014년
  2. 조직: JAXA

 '하야부사 2호'는 일본의 소행성 탐사선으로, 정식 명칭은 'MUSES-C'이다. 2014년 12월 3일에 '다네가시마 우주센터'에서 발사되었으며, 발사된 지 6년 만인 2020년 12월에 소행성 '류구(Ryugu)'의 토양 샘플을 담은 시료 캡슐을 지구로 보내왔다. 시료 캡슐에 담긴 물질들은 태양계와 지구의 탄생 과정을 규명하는데 활용된다.

 2014년에 발사된 하야부사는 2018년 6월에, 지구에서 약 3억 4000만 km 떨어진 태양계 소행성 류구에 도착했다. 2019년 7월에는 소행성 류구의 표면에 착륙에 표면에 금속 탄환으로 웅덩이를 만드는 방법으로, 표면 물질과 지하 물질을 채취했다. 탐사를 마친 '하야부사 2호'는 2020년 11월 지구로 향했으며, 12월 5일 2시 30분경 지구에서 약 22만 km 떨어진 우주 공간에서 시료가 담긴 캡슐을 분리하였다. 이 캡슐은 12월 6일 오전 2시 29분경 초속 12km로 대기권에 진입하였고, 고도 11km에서 낙하선을 펼쳐 호주 우메라 지역 사막에 착륙하면서 지구로 귀환했다.

하야부사 2(Hayabusa 2)

10. 오시리스-렉스(OSIRIS-REx)

  1. 발사 연도: 2016년
  2. 조직: NASA

 NASA는 2016년 가을에 소행성 '베누(Bennu)'를 탐사하기 위한 소행성 탐사선 '오시리스 렉스(OSIRIS-REx)'를 발사했다. '베누'는 직경 480m 짜리 소행성으로 2135년에 지구를 스쳐 지나갈 것으로 예상되는 소행성이다. '오시리스-렉스(OSIRIS-REx)'는 2020년 10월에 소행성 '베누(Bennu)'에 접지해 토양 및 자갈 샘플을 채취하였다. 이 샘플은 '태양계 형성'과 '생명의 기원'을 연구하는 데 활용된다. 이어 '오시리스-렉스(OSIRIS-REx)'는 명칭을 '오시리스-에이펙스(OSIRIS-APEX)'로 바꾸고 소행성 '아포피스(Apophis)' 탐사에 나서게 된다.

오시리스-렉스(OSIRIS-REx)

11. 루시(Lucy)

  1. 발사 연도: 2021년
  2. 조직: NASA

 '루시(Lucy)'는 '미국항공우주국(NASA: National Aeronautics and Space Administration)'가 9억 8100만 달러를 투입해 개발한 소행성 탐사선이다. 2021년 10월 16일 오전 5시 34분에 미국 플로리다주 '케이프커내버럴(Cape Canaveral)' 우주발사장에서 '아틀라스 V(Atlas V)' 로켓에 실려 발사했다.

 '루시(Lucy)'에는 암석 표면의 온도를 측정하는 '적외선 분광기(Infrared Spectrometer)', 얼음·광물에서 방출되는 빛을 감지하는 '컬러 카메라(Color Camera)', '대형 안테나', '온도계' 등이 탑재되어 있다. 이를 통해 루시는 소행성의 '화학 조성', '밀도', '부피', '질량' 등의 지질학적 특성에 대해 조사에 나선다.

 탐사선 '루시(Lucy)'의 명칭은 1974년 '에티오피아(Ehiopia)'에서 발견된 '오스트랄로피테쿠스 아파렌시스(학명: Australopithecus Afarensis)' 화석의 애칭에서 비롯되었다. 이때 발견된 화석의 이름에 '루시(Lucy)'라는 명칭이 붙은 것은 발견 당시 'Lucy in the Sky with Diamonds'라는 '비틀즈(The Beatles)'의 노래가 흘러나와 붙여진 이름이다. 인류의 조상 화석인 루시가 인간 진화를 밝히는 데 도움이 된 것처럼, 태양계의 기원과 진화 과정을 밝히는 데 중요한 역할을 하길 바란다는 의미가 담겼다.

루시(Lucy)

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