[저멀리 우주로: 실용개발] 화성 착륙선, 지표를 탐사하라

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• 화성 표면에서 자세한 탐사를

화성을 자세히 연구하기 위해서는 화성 표면에서 탐사해야 한다

NASA와 유럽우주국ESA은 화성 궤도를 도는 화성 궤도선을 보내 화성의 전체 모습을 탐사하고 데이터를 축적했습니다. 하지만 궤도에서 화성을 탐사하는 궤도 탐사선은 화성의 전체적인 모습만 탐사할 수 있을 뿐, 화성에 대한 자세한 데이터를 얻는 데에 한계가 있었습니다. 특히 화성의 토양이 실제로 어떠며 화성 표면 아래에 어떤 물질이 있는지는 궤도에서 탐사하는 것은 대략적으로만 알 수 있을 뿐 정확한 정보를 얻을 수 없었습니다.

화성 착륙에 실패한 비글 2호

이를 해결하는 방법은 화성에 직접 착륙해 화성의 토양을 얻고 화성의 땅을 파 내부를 탐구하는 것이었습니다. 즉, 탐사선이 화성에 착륙해야 한다는 것이었습니다. 그러나 대기는 옅어 저항력은 약한데 행성이라 중력은 강한 화성에 탐사선을 파손되지 않게 착륙시키기란 매우 어려웠습니다. 지구처럼 대기가 두꺼워 어마어마한 저항력을 받아 속도가 감속되고 물로 덮인 바다에 떨어져 충격을 흡수할 수 있는 것도 아니며, 달처럼 작은 위성이어서 중력이 작아 착륙 속도가 느린 것도 아니었습니다. 때문에 화성에 착륙선을 보내는 것은 달 탐사보다 매우 어려웠습니다. 때문에 영국이 개발한 비글 2호Beagle 2 역시 화성 착륙에 실패했습니다.
 
 
 

• NASA의 화성 탐사 로버Mars Explorer Rover

스피릿 탐사선과 오퍼튜니티 탐사선

그러나 NASA는 자본이 충분히 많았고 화성을 깊이 연구할 동기가 충분했습니다. 때문에 NASA는 화성의 토양과 지표면 아래를 깊이 탐사할 화성 탐사선을 계획했습니다. 그리고 착륙한 지역에서만 탐구하지 않고 화성을 돌아다니며 최대한 화성의 다양한 지형을 탐구하기 위해 바퀴 달린 화성 탐사선을 계획했습니다. NASA는 이 화성 탐사선을 화성 탐사 로버Mars Explorer Rovers로 명명했습니다. NASA가 개발한 탐사선은 스피릿 탐사선Spirit Rover과 오퍼튜니티 탐사선Opportunity Rover였습니다. 두 탐사선은 약간의 차이를 두고 서로 화성의 반대면에 착륙해 화성의 단면 전체를 탐사하는 임무를 부여받았습니다.

완충제 덕에 무사히 착륙한 스피릿 탐사선

2003년 스피릿 탐사선Spirit Rover가 먼저 발사되었고 2004년에 화성에 도착했습니다. 그리고 이어 1달 후 오퍼튜니티 탐사선Opportunity Rover가 발사되어 스피릿 탐사선Spirit Rover가 화성에 도착한 지 3주 뒤에 반대편 화성 표면에 착륙했습니다. 두 탐사선은 완충제 덕분에 손상 없이 무사히 착륙했고 바로 화성 토양에서 물을 찾아다녔습니다. 두 탐사선은 탐사를 하며 퇴적암을 발견해 물이 존재했을 것이라는 단서를 발견했습니다.
 
 
 

• 화성의 북극을 탐사하라

화성 북극에 착지한 피닉스 탐사선

NASA는 2003년 보낸 쌍둥이 화성 탐사선 화성 탐사 로버Mars Explorer Rovers가 화성에 성공적으로 착지하고 물이 있을 것이라는 희망적인 조사 결과를 가져오자 물이 있을 것으로 기대되는 화성 남극에서 눈을 돌려 화성 북극에도 물이 있는지 탐사하는 탐사선을 보냈습니다. 2007년 NASA는 화성 북극을 탐사하는 피닉스 탐사선Phoenix를 발사해 2008년 화성 궤도에 진입시켰습니다. 그리고 곧바로 착륙을 시도했고 성공적으로 착륙했습니다.

피닉스 탐사선

이후 피닉스 탐사선Phoenix은 굴착기를 이용해 화성 북극의 토양을 체취하고 조사했습니다. 그리고 그 결과 화성 북극에 물이 존재함을 밝혀냈습니다. 그리고 화성이 미생물이 살기에 적합한 환경인지 기후를 조사하는 등 화성에 지구 생명체가 살 수 있는지 집중 탐구했습니다. 하지만 피닉스 탐사선Phoenix는 짧게 사용하는 것을 목적으로 한 탐사선이었기에 탐사 기간은 짧았습니다.
 
 
 

• 화성을 집중 탐구하라

큐리오시티 탐사선은 자동차 크기로 매우 큰 탐사선이었다

NASA는 연이은 화성 탐사선의 무사 착륙과 물의 증거 등 바라던 성과를 연속으로 얻자 자신감을 얻었습니다. 이에 NASA는 탐사선 크기를 더 키우고 더 다양한 기능을 넣어 화성을 집중 연구할 탐사선 개발에 들어갔습니다. 그렇게 개발된 탐사선이 큐리오시티 탐사선Curioity Rover로 해당 탐사선은 화성의 기후가 지구 생명체들이 살기에 적합한지 조사하는 것, 화성 토양 내 유기 화합물의 상태를 파악하는 것, 화성의 물과 이산화탄소의 분포와 역사를 밝히는 것 등 화성에 지구 생명체가 살기 위한 조건들을 집중 연구하는 임무를 부여받았습니다.

아틀라스 V 우주선에 탑재된 큐리오시티 탐사선

그리고 2011년 NASA는 자동차 크기의 큐리오시티 탐사선Curiocity Rover를 태울 수 있는 아틀라스 V 우주선Atlas V에 탑재한 후 우주로 발사했습니다. 가시광선 카메라와 동위원소 분석기, 컴퓨터 등 복잡하고 예민한 장비를 가득 채운 큐리오시티 탐사선Curiosity Rover은 거대한 아틀라스 V 우주선Atlas V 덕에 지구를 떠나 화성으로 먼 항해를 했습니다.

상당히 도전적인 방법으로 착륙한 큐리오시티 탐사선

그리고 2012년 화성 궤도에 도착한 큐리오시티 탐사선Curiosity Rover는 위험한 도전을 시작했습니다. 작고 가벼워 완충재에 둘러 쌓인 상태로 화성에 착륙하던 다른 화성 탐사선과 달리 큐리오시티 탐사선Curiosity Rover는 크기가 커 완충재로 감쌀 수 없었습니다. 감싸더라도 이미 무게가 상당히 무거워 착륙 시 파손될 위험이 매우 컸습니다. 그래서 큐리오시티 탐사선Curiosity Rover는 통체로 착륙하되 위의 보조 기계가 로켓을 분사하며 표면에 천천히 착륙하는 방법을 선택했습니다.

큐리오시티 탐사선

이는 고난이도의 착륙법으로 NASA는 큐리오시티 탐사선Curiosity Rover의 착륙을 숨죽여 지켜봤습니다. 다행히 탐사선은 천천히 하강해 무사히 착륙했고 이내 화성을 6 바퀴로 돌아다녔습니다. 큐리오시티 탐사선Curiosity Rover는 토양을 채취하고 암반을 드릴로 뚫고 대기를 측정하며 화성에 대해 자세한 탐사를 몇년 간 행했습니다. 그리고 그 결과 2014년 화성이 지구 미생물이 살기 적합한 환경임을 밝혀냈고 2018년 메탄을 발견했습니다.
 
 
 

• 화성에 사람이 살 수 있다

화성 식민 개발 가능성을 보여준 화성 탐사

NASA가 주도적으로 행한 화성 착륙 탐사선은 화성 표면을 직접 이동하며 화성이 지구 생명체가 살기 적합한 환경인지 조사했습니다. 그리고 조사 결과 지구 생명체가 살 수 있는 환경임을 밝혀냈습니다. 이는 지구인이 화성을 우주 거점으로 개발해 거주할 수 있다는 희망을 주었습니다. 이에 미국 NASA와 여러 우주국은 화성에 주목하며 화성을 더 탐구하기 시작했습니다.