마스 패스파인더

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마스 패스파인더
Mars Pathfinder
Lander and rover drawing.gif
기관 NASA, JPL
임무 유형 화성 착륙선, 로버
발사일 1996년 12월 4일 06:58:00 UTC
발사체 델타 7925 로켓
발사 장소 케이프커내버럴 공군 기지
접근 천체 화성
목표 천체 화성
NSSDC ID 1996-068A
웹사이트 NASA 공식 사이트
중량 264 kg(패스파인더)
10.5 kg(소저너)
출력 35 W (패스파인더)
13 W (소저너)

마스 패스파인더(영어: Mars Pathfinder→화성 탐험선)는 미국 NASA화성 탐사선이다. 1996년 12월 폐렴으로 타계한 천문학자 칼 세이건화성 연구업적을 기리는 뜻에서 ‘칼 세이건 기념기지’로 명명되기도 하였다. 이 탐사선은 1996년 12월 4일 발사되어 1997년 7월 4일 화성에 도달하였다. 우주 탐사선 역사상 최초로 화성 착륙에 에어백을 사용했다. 활동기간은 1화성년(687일)이며, 내부에는 6개의 바퀴가 달린 탐사 로봇 소저너(Sojourner)가 탑재되어 있다. 소저너의 활동기간은 당초 1주일로 예상하였으나 6주 이상 활동하였다. 이 소저너가 탐사활동을 할 때 패스파인더는 초미니 기지 겸 지상관측소 역할을 하게 되어 있다. 즉 지구로부터 받은 명령을 소저너에 전달하며, 소저너로부터 탐사자료를 전송받아 지구로 전송하도록 되어 있다. 패스파인더에는 관측용 카메라가 설치되어 있는데, 이 카메라는 360도 회전하며 2개의 눈을 통해 12가지 색깔로 3차원 영상사진을 찍게 되어 있으며, 또한 태양을 바라보며 먼지의 양도 측정할 수 있다. 이밖에 기상·풍향·풍속 등을 측정하는 기상대 등이 설치되어 있다. 패스파인더 내부에 탑재된 소저너는 6개의 특수 구동바퀴, 태양 전지판과 카메라, 데이터 전송용 안테나, 그리고 냄새를 맡아 흙이나 바위의 성분을 알아낼 수 있는 후각장치 등이 설치되어 있다. 이동속도는 초속 1 cm 이며, 카메라에 잡힌 영상을 패스파인더로 보내도록 되어 있다. 활동기간 중 1만 장 이상의 화성 표면 사진과 4백만 가지 이상의 화성 대기, 기상 정보를 수집하였다.

패스파인더호의 활동 기간은 처음 한 달 정도로 예상되었으나 약 세 달가량 활동하면서 착륙 지점인 아레스 발리스 평원이 3백만 년 전쯤 발생한 홍수로 인하여 침식작용을 받은 사실을 통해 이 존재하였다는 사실과, 소저너의 화학분석을 통하여 규산염을 다량 함유한 암석과 유황이 풍부한 암석이 존재한다는 사실을 밝혀냄으로써 과거 화산활동 또는 화성의 지각변동 가능성 예측을 제시하였다.

개요[편집]

마스 패스파인더의 발사

패스파인더는 화성 지표에 착륙하는 로버를 중심으로 해, 로버를 화성까지 나르기 위한 우주선, 로버를 착륙시키기 위한 에어백을 장비한 착륙선, 그것들을 보호하는 엔트리 캡슐 등으로 구성된다. 탐사선은 약 7개월 간에 걸쳐 화성으로 비행하고, 화성 주회 궤도에 진입하는 일 없이 바로 화성 대기권에 돌입했다. 화성 대기권 돌입 후, 엔트리 캡슐은 낙하산과 로켓 분사로 감속한 후, 에어백으로 싸인 착륙선을 분리했다. 에어백으로 싸인 착륙선은 에어백에 의해 착륙 후 적어도 15회는 튕겨졌는데, 최초 1회는 15.7 m 나 튕겨진 것으로 계측되었다.

낙하한 착륙선은 정사면체의 형상을 하고 있다. 에어백의 가스를 뺀 후에 전개, 그 후 내부에 탑재된 로버에 화성의 일출과 함께 태양 전지에 의해 전력이 공급되어 가동되었다. 로버는 착륙선을 중계해 지구와의 통신을 실시하면서 탐사를 실시했다. 로버는 자율적 구동이 가능한 6륜 전기 구동차로, 바위 등의 장애물을 판별해 회피할 수 있는 능력을 갖췄다. 전력 공급은 태양 전지가 담당하지만, 보온용으로 소량의 플루토늄을 탑재하고 있다(발전에는 이용되지 않는다).

로버는 미국의 여성 공민권 운동가 소저너 트루스의 이름을 따 '소저너'라고 명명되었다. 착륙 후에 통신 중계기로서 사용된 무인 착륙선은 천문학자 칼 세이건의 업적을 기려 '칼 세이건 기념기지'라고 명명되었다.

이 계획의 목적은 과학적 탐사뿐만 아니라, '보다 빠르게, 보다 좋게, 보다 저렴하게(faster, better and cheaper)'라는 목적의 우주 탐험을 시행하는 디스커버리 계획에 대해 그것이 가능한 것을 실증해, 그 목적이 나타내 보이는 대로 비용이 적게 드는 화성에의 경로를 개척하는 것이었다.

2004년화성에 도착한 2대의 쌍둥이 로버(스피릿, 오퍼튜니티)도 같은 에어백을 이용하는 방법으로 2기의 탐사 로버를 무사 착륙시켰다. 그러나, 2004년에 같은 에어백 사용 방법으로 화성 착륙을 목표로 한 비글 2호(마스 익스프레스에 탑재)는 화성 강하 중에 통신이 두절되었다.

패스파인더의 개발 기간은 3년으로, 발사 비용, 운용 비용을 포함한 총비용도 2억 8000만 USD에 달한다. 화성 탐사에 사용된 비용을 비교하면, 바이킹 계획의 약 1/5이 된다.

소저너는 매우 작고 가벼운데, 질량 10.6 kg , 65 cm x 48 cm x 30 cm 로 인간이 들어올릴 수 있을 만큼 작다. 덧붙여 2004년에 착륙한 2대의 쌍둥이 로버는 소저너보다 크고, 화성 과학 실험실은 한층 더 큰 로버를 착륙시킬 예정이다.

착륙 과정[편집]

조립중인 마스 패스파인더

착륙 지점으로서는 아레스 계곡(Ares Vallis)이 선택되었다. 이 곳 부근은 안전하게 착륙이 가능하고 과거에 화성에 존재한 에 의한 홍수에 의해서 퇴적물이 있을 것으로 예상되었기 때문이다.

착륙의 순서는 이하와 같다.

  • 1997년 7월 4일, 6.1 km/s 의 속도로 화성 대기권 돌입
  • 이 이후, 탐사선은 반송파만 송신하고, 각 사건시에는 신호를 송신. 지구에서는 도플러 효과로 탐사선의 속도를 계측.
  • 내열 셀에 의한 에어브레이킹으로 370 m/s 까지 감속
  • 직경 약 11 m 의 낙하산을 전개해 68 m/s 까지 감속
  • 20초 후, 내열 셀을 분리
  • 20초 후, 착륙선이 에어로 셀에서 분리되어 20 m 의 줄에 매달림
  • 고도 1.6 km 에서 화성의 대기를 관측
  • 고도 335 m 지점에서 에어백을 전개
  • 고도 96 m 지점에서 고체 로켓 분사
  • 2.3초 후 고도 21.5 m 지점에서 줄을 절단
  • 14 m/s 로 화성 표면에 착륙
  • 에어백에 의해 15.7 m 의 높이까지 튕겨짐
  • 적어도 15회 튕겨진 후 정지
  • 16:55:55 UTC, 화성에 착륙
  • 에어백의 가스 제거
  • 착륙 74분 후, 착륙선의 전개를 종료
  • 21시 00분 착륙 지점에 일출이 시작됨. 1 화성일(솔 1)의 시작
  • 같은 시각, 착륙 후 최초의 교신이 성공함

2 화성일에(솔 2), 사진에서 에어백의 하나가 완전히 사그러들지 않은 것이 확인되어 로버가 화성 표면에서 이동하는 데 장애가 될 것으로 예상되었다. 지구에서의 지시에 의해 착륙선의 패널을 하나 움직여 무사히 로버를 화성 표면으로 이동시켰다.

과학적 탐사[편집]

소저너 로버

착륙선에는 Imager for Mars Pathfinder(IMP), Atmospheric Structure Instrument/Meteorology Package(ASI/MET)의 두 개의 관측 장치가 탑재가 탑재되어 이것들에 의해 화성의 자력, 기압, 온도, 바람 등의 관측을 행했다.

로버는 1 cm/s 의 속도로 이동할 수 있고, 통신 중계 기지를 겸하는 착륙선을 중심으로 반경 500 m 를 주행할 수 있었다.

로버에 탑재된 Alpha Proton X-ray Spectrometer(APXS)는 암석에 포함된 원소를 0.1% 정도로 검출했다(수소가 제외된다). 그 결과, 지구안산암, 현무암을 닮은 구조를 가지는 돌이 발견되어, 옛날 홍수에 의해서 이러한 돌이 옮겨진 것이라고 추정되어 옛날 화성이 존재했다는 주장의 증거의 하나로 여겨졌다.

로버는 전면에 흑백 스테레오 카메라 1대, 후부에 1대의 컬러 카메라를 탑재해, 83 화성일 동안 550장의 사진을 지구로 전송했고, 16가지의 화학적 성분 분석을 실시했다.

임무의 종료[편집]

당초 약 1주일에서 1개월 정도 활동할 것이라고 생각되었던 로버와 착륙선이지만, 착륙으로부터 83 화성일 후인 1997년 9월 27일 10:23 UTC에 패스파인더와의 통신이 두절될 때까지 약 3개월간 작동했다. NASA1998년 3월 10일까지 통신 재개를 시도했지만, 10월 7일에 짧은 신호를 수신한 것 외에는 통신은 재개되지 않았다.

통신 두절의 원인은 불분명지만, 로버는 문제가 없는 상태에서 착륙선이 저온에 의해 고장났을 가능성이 있다. 이 경우, 로버는 미리 지구와의 통신이 두절되었을 경우 착륙선 근방으로 이동하지만, 다만 착륙선에 탑승해선 안 된다고 프로그램되어 있었는데, 이 때문에 착륙선 주위를 고장날 때까지 회전했을 것이라고 추측되었다.

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