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유로파 클리퍼

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목차

1. 개요

유로파 클리퍼는 미국 항공우주국(NASA)의 목성 탐사선으로, 유로파의 거주 가능성을 조사하고, 착륙 지점을 선정하기 위해 설계되었다. 1997년 초기 제안 이후, 여러 단계를 거쳐 2024년 10월 14일 팰컨 헤비 로켓에 실려 발사되었다. 유로파 클리퍼는 9개의 과학 장비를 탑재하여 유로파의 얼음 껍질과 바다, 구성 성분, 지질학적 특징을 연구하며, 2030년 목성 궤도에 진입하여 유로파를 근접 비행하며 데이터를 수집할 예정이다. 임무 종료 시에는 유로파에 충돌하는 것을 막기 위해 가니메데 또는 칼리스토에 충돌할 계획이다.

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유로파 클리퍼
기본 정보
에우로파 클리퍼 우주선 모형
에우로파 클리퍼 우주선 상상도
임무 유형에우로파 정찰
운영 기관미국 항공 우주국(NASA)
웹사이트에우로파 클리퍼 공식 웹사이트
임무 기간이동: 5.5년
과학 관측 단계: 4년
경과 시간: 2024년 10월 14일 16:06:00 부터
제작제트 추진 연구소 (JPL)
응용 물리학 연구소 (APL)
크기높이:
태양 전지판 펼친 길이:
전력(태양 전지판)
발사일2024년 10월 14일 16시 06분 00초 (UTC) (12시 06분 EDT)
발사체팰컨 헤비 블록 5
발사 장소케네디 우주 센터, LC-39A
발사 계약자스페이스X
궤도 정보
화성 근접 통과유형: 근접 통과
도착 예정일: 2025년 3월 1일 13시 EST
지구 근접 통과유형: 근접 통과
도착 예정일: 2026년 12월 3일 16시 15분 EST
목성 궤도 진입유형: 궤도선
궤도 수: 49
도착 예정일: 2030년 4월 11일 (에우로파에 첫 번째로 가장 가까이 접근)
탑재 장비
PIMS자기장 측정을 위한 플라스마 장비
ECM에우로파 클리퍼 자기력계
MISE에우로파 지도 작성 이미징 분광계
EIS에우로파 이미징 시스템
REASON에우로파 평가 및 탐사를 위한 레이더: 표면 아래 바다 탐사
E-THEMIS에우로파 열방출 이미징 시스템
MASPEX행성 탐사용 질량 분석기
Europa-UVS에우로파 자외선 분광기
SUDA표면 먼지 분석기
기타 정보
휘장에우로파 클리퍼 임무 휘장
프로그램Large Strategic Science Missions
행성 과학 부문
이전 임무마스 2020
다음 임무화성 샘플 귀환
프로그램 2태양계 탐사 프로그램
이전 임무 2DART
다음 임무 2천왕성 궤도선 및 탐사선

2. 역사

1997년 NASA 디스커버리 프로그램에 유로파 궤도선 임무가 제안되었으나 선정되지 않았다.[21] 1995년부터 목성을 탐사한 갈릴레오 탐사선은 확장 임무를 통해 유로파를 여러 차례 근접 비행했다.[22] 갈릴레오 탐사선의 발견 이후, NASA는 유로파가 미생물 외계 생명체를 품을 수 있는 태양계의 장소 중 하나로 여겨져 다양한 유로파 탐사 임무를 구상했다.[23][24][25]

2013년 미국 국립연구위원회는 유로파 탐사 임무를 권고했고,[23][25] 2014년 미국 하원은 유로파 클리퍼 예산을 증액했다.[34][35] 2015년 NASA는 유로파 클리퍼에 탑재될 과학 장비를 선정했으며,[47] 2016년에는 해양 세계 탐사 프로그램이 승인되었다.[52][53]

2019년 유로파 클리퍼는 최종 설계 및 제작 단계에 들어갔으며,[55] 2022년 우주선 본체가 완성되었다.[57] 2024년 1월까지 모든 과학 장비가 우주선에 추가되었고,[58] 같은 해 3월 성공적인 시험을 거쳐 발사 준비를 마쳤다.[59]

NASA의 제트추진연구소 고층 1구역 클린룸에 모든 장비가 설치된 유로파 클리퍼


2024년 10월 14일, 유로파 클리퍼는 플로리다주 케네디 우주센터 발사대 39A에서 팰컨 헤비 로켓에 실려 발사되었다.[142] 원래 스페이스 론치 시스템(SLS)으로 발사될 예정이었으나, 비용 문제 등으로 팰컨 헤비로 변경되어 발사 비용만으로도 약 20억달러를 절약했다.[117][118]

2024년 10월 14일 케네디 우주센터 발사장 39A에서 팰컨 헤비가 유로파 클리퍼를 싣고 발사되었다.


발사 후 유로파 클리퍼가 팰컨 헤비의 2단계 로켓으로부터 분리되는 모습


발사 약 1시간 후, 오스트레일리아 캔버라에 있는 심우주통신망 시설과의 통신이 확립되어 탐사선의 상태가 양호함이 확인되었다.

2. 1. 초기 제안 및 갈릴레오 탐사

1997년, NASA의 디스커버리 프로그램을 위한 팀에서 유로파 궤도선 임무를 제안했으나 선정되지 않았다.[21] 이와 동시에 1995년부터 목성을 탐사하던 갈릴레오 탐사선은 갈릴레오 유로파 임무(GEM)라는 확장 임무를 통해 유로파를 여러 차례 근접 비행했다. 이 임무는 1999년 12월 31일까지 진행되었으며, 3000만달러 예산의 저비용 임무였다.[22] 주 임무에 참여했던 200명에 비해 40~50명의 소규모 팀으로 운영되었지만,[22] 유로파를 8회, 칼리스토를 4회, 이오를 2회 근접 비행하며 데이터를 수집했다.[22] 특히 유로파에는 2년 동안 196km에서 3,582km까지 근접 비행했다.[22]

갈릴레오 탐사선의 발견과 유로파 궤도선 제안 이후, NASA 제트추진연구소(JPL)는 목성 얼음 위성 탐사선(JIMO, 160억달러 규모),[26] 목성 유로파 탐사선(43억달러 규모), 기타 궤도선(20억달러 규모), 그리고 다중 근접 비행 우주선인 유로파 클리퍼 등 다양한 유로파 탐사 임무를 구상했다.[72] 유로파는 미생물 외계 생명체를 품을 수 있는 태양계의 장소 중 하나로 여겨졌기 때문이다.[23][24][25]

2. 2. 임무 확정 및 예산 확보

2013년 미국 국립연구위원회는 유로파 탐사 임무를 권고했다.[23][25] 같은 해, 임무 활동 공식화 확장, 과학 목표 구체화, 예비 장비 개발 자금 지원을 위해 7500만달러가 승인되었다.[30] [31][25] 2014년 5월, 미국 하원은 유로파 클리퍼(당시 '유로파 다회 통과 임무')의 2014 회계연도 예산을 1500만달러[32][33]에서 1억달러로 증액했다.[34][35] 2014년 선거 이후, '유로파 다회 통과 임무' 프로젝트에 대한 양당의 지지가 약속되었고, 행정부는 예비 연구에 3000만달러를 추가로 지원했다.[38][39]

2015년 5월, NASA는 유로파 클리퍼에 탑재될 9개의 과학 장비를 선정했으며, 향후 3년 동안 약 1.1억달러의 예산이 책정되었다.[47] 2016년 5월에는 유로파 임무가 포함된 해양 세계 탐사 프로그램이 승인되었다.[52][53]

2. 3. 설계 및 제작

2019년 8월 19일, 유로파 클리퍼는 최종 설계 및 제작 단계인 C 단계로 진행되었다.[55]

2022년 3월 3일, 우주선 본체는 조립, 시험 및 발사 단계인 D 단계로 넘어갔다.[56] 2022년 6월 7일, 우주선의 본체가 완성되었다.[57] 2022년 8월까지 고이득 안테나는 주요 시험을 완료했다.[86]

2024년 1월 30일까지 모든 과학 장비가 우주선에 추가되었다. 안테나는 그 해 말 케네디 우주센터에서 우주선의 태양전지판에 추가되었지만, 장비의 전자 장치는 우주선에 이미 탑재되어 있었다.[58] 2024년 3월, 우주선이 성공적인 시험을 거쳐 그 해 말 발사될 예정이라는 보고가 있었다.[59] 2024년 5월, 우주선은 최종 발사 준비를 위해 케네디 우주센터에 도착했다.[60]

2. 4. 발사

2024년 10월 14일, 유로파 클리퍼는 플로리다주 케네디 우주센터(Kennedy Space Center) 발사대 39A(Launch Pad 39A)에서 팰컨 헤비(Falcon Heavy) 로켓에 실려 발사되었다.[142] 발사는 당초 2024년 10월 10일로 예정되었으나, 허리케인 밀턴(Hurricane Milton)의 영향으로 연기되었다.[141]

팰컨 헤비는 2단식 로켓과 2개의 측면 부스터로 구성된다. 측면 부스터가 분리된 후, 중앙 코어는 대서양에 착수한다. 그 후, 2단이 점화되고 페어링이 분리되며, 낙하한 페어링은 재활용된다. 일단 대기 궤도에 진입한 후, 발사 약 50분 후에 로켓 2단 엔진이 재점화되어 지구의 탈출 속도까지 가속한 후 탐사선이 분리된다.[141] 측면 부스터는 6번째 재활용이었고, 중앙 코어는 새 것이었지만, 무거운 탐사선의 초기 속도를 확보해야 했기 때문에 모두 일회용으로 사용되었다.[143]

원래 유로파 클리퍼는 NASA의 스페이스 론치 시스템(SLS)(Space Launch System)으로 발사될 예정이었으나, SLS의 비용 초과, 일정 지연, 진동 문제 등으로 인해 팰컨 헤비로 변경되었다.[140] 팰컨 헤비로 전환함으로써 발사 비용만으로도 약 20억달러를 절약했다.[117][118]

발사 약 1시간 후인 오후 1시 13분에는 오스트레일리아 캔버라에 있는 심우주통신망(Deep Space Network) 시설과의 통신이 확립되어 탐사선의 상태가 양호함이 확인되었다.

3. 궤도 및 탐사 전략

유로파 클리퍼는 목성을 공전하면서 유로파에 여러 차례 근접 비행하는 방식으로 탐사를 수행한다. 2025년 3월 화성, 2026년 12월 지구에서 중력 보조(gravity assist)를 받아 2030년 4월 목성 궤도에 진입할 예정이다.[14] 유로파, 가니메데, 칼리스토의 중력 보조를 이용하여 궤적을 변경, 각기 다른 지점에 근접하여 유로파 표면 전체를 탐사한다.[73] 각 근접 통과는 고도 25km~2700km(16마일~1678마일) 범위이다.[5][73][74]

목성의 넓은 궤도를 따라 유로파를 여러 차례 근접 통과하면 방사선 노출을 최소화하고 데이터 전송 속도를 높일 수 있다.


유로파는 목성 주변의 강력한 방사선 영역 안에 위치해 있기 때문에, 방사선에 강한 우주선이라도 근접 궤도를 돌 경우 몇 달밖에 작동하지 못한다.[72] 유로파 클리퍼는 이러한 유로파의 강력한 방사선 환경을 고려하여, 근접 비행 시에만 데이터를 수집하고, 이후 지구로 전송하는 방식을 택했다. 각 짧은 조우 중에 저장된 데이터를 전송하는 데 7~10일이 걸리며, 이를 통해 궤도선의 경우 30일인 것과 비교하여 최대 1년 동안 데이터를 전송할 수 있는 시간을 확보하게 된다.[72] 그 결과 방사선 노출을 줄이면서 지구로 반환되는 데이터 양이 거의 3배가 된다.[72]

유로파에서 관측된 것으로 추정되는 물 기둥의 사진 합성


저고도 비행 중 유로파 얼음 지각에서 분출되는 수증기 기둥을 통과하여 지표면에 착륙하여 얼음을 뚫을 필요 없이 지하 바다의 샘플을 채취할 수도 있다.[32][33]

유로파 클리퍼의 궤적에는 2025년 3월 1일 화성의 중력 보조가 포함되어 태양으로부터 더 멀리 이동한 다음 태양쪽으로, 다시 밖으로 나가면서 2026년 12월 3일 지구 중력 보조로부터 추가 운동 에너지를 얻게 된다.[9] 탐사선은 그런 다음 2029년 10월 4일 목성 궤도 너머로 호를 그리며 (원일점(aphelion)에 도달) 목성의 중력 우물(gravity well)로 서서히 낙하하여 2030년 4월에 궤도 진입 연소를 수행한다.[122]

목성계의 궤적은 다음과 같이 계획되어 있다. 목성계에 진입한 후, 유로파 클리퍼는 500km 고도에서 가니메데를 근접 통과하여 우주선 속도를 약 400m/s 감소시킨다. 이어서 11 Rj(목성 반지름) 거리에서 주 엔진을 발사하여 우주선을 목성 주위 202일 궤도에 진입시키기에 충분한 약 840m/s의 델타-V(delta-V)를 제공한다. 우주선이 초기 궤도의 원지점(apoapsis)에 도달하면, 약 122m/s의 근지점 상승 기동(periapsis raise maneuver, PRM)을 제공하기 위해 또 다른 엔진 연소를 수행한다.[123]

4. 과학 목표 및 장비

여러 차례의 근접 비행 동안 유로파의 전역 및 지역적 영역을 탐사하기 위한 개념


유로파 클리퍼는 유로파의 지열 활동과 유도 자기장을 분석하여 염분이 풍부한 지하 바다의 존재를 확인하는 것을 목표로 한다.[102][96] 이를 위해 9개의 과학 장비가 탑재되어 있다.[87]

유로파는 목성 주변의 강력한 방사선 영역 안에 있어, 방사선에 강한 우주선도 근접 궤도에서는 몇 달밖에 작동하지 못한다.[72] 지구의 안테나 수는 제한되어 있어, 통신 시스템이 데이터를 전송하는 속도보다 기기가 데이터를 수집하는 속도가 훨씬 빠르다.[72] 따라서 유로파 궤도선의 주요 제한 요소는 지구로 데이터를 반환하는 시간이며, 근접 관측 시간은 덜 중요해졌다.[72]

제트 추진 연구소(JPL)는 수개월에 걸쳐 데이터를 반환하는 여러 번의 근접 통과 방식을 통해, 43억 달러 규모의 유로파 목성 궤도선(Jupiter Europa Orbiter) 대신 20억 달러 규모로 유로파 클리퍼 임무를 수행할 수 있게 했다.[72] 각 근접 통과 후 7~10일 동안 데이터를 전송하여, 궤도선(30일)보다 최대 1년까지 전송 시간을 확보, 방사선 노출을 줄이면서 데이터 양은 3배 가까이 늘렸다.[72] 유로파 클리퍼는 유로파를 공전하지 않고 목성을 공전하며 3.5년 동안 44회 근접 통과한다. (고도 25km~2700km)[5][73][74] 유로파, 가니메데, 칼리스토의 중력 보조를 이용하여 궤적을 변경, 각 통과마다 다른 지점에 접근한다.[73] 이를 통해 유로파의 다른 부분을 덮어 얼음 두께를 포함한 전역 지형 조사를 수행한다.[75] 또한, 유로파 얼음 지각에서 분출되는 수증기 기둥을 통과하여, 착륙 없이 지하 바다 샘플을 채취할 수 있다.[32][33]

총 이온화 선량은 2.8Mrad로 예상되며, 약 0.76cm 두께 알루미늄 합금 벽의 방사선 차폐실과 우주선 중심부에 전자 장비를 배치하여 방사선 영향을 최소화한다.[76][75]

4. 1. 과학 목표

유로파 클리퍼의 목표는 유로파를 탐사하고, 거주 가능성을 조사하며, 제안된 유로파 착륙선의 착륙 지점 선정을 돕는 것이다.[50][70] 이 탐사는 액체 상태의 물, 화학 물질, 에너지처럼 생명체 존재의 세 가지 주요 요건을 이해하는 데 중점을 둔다.[71] 구체적인 목표는 다음과 같다.[29]

  • 얼음 껍질과 바다: 얼음 내부 또는 아래에 있는 물의 존재를 확인하고 특성을 파악하며, 표면-얼음-바다 간의 교환 과정을 연구한다.
  • 구성 성분: 주요 화합물의 분포와 화학적 특성 및 해양 구성 성분과의 연관성을 조사한다.
  • 지질학: 최근 또는 현재 활동의 흔적을 포함한 표면 지형의 특징과 형성 과정을 연구한다.

4. 2. 과학 장비

E-THEMIS영어 (Europa Thermal Emission Imaging System영어)는 유로파 표면의 열 분포를 측정하여 지질학적 활동 지역을 탐지하는 장비이다. 중적외선에서 원적외선 파장대의 고해상도 다중분광 영상을 제공하여, 우주로 물 기둥을 분출하는 분출구와 같이 지질 활동이 활발한 지역을 찾아낸다.[89] 애리조나 주립대학교의 필립 크리스텐슨(Philip Christensen)이 개발을 주도했으며, 2001년 화성 오디세이 궤도선의 THEMIS영어 장비를 기반으로 제작되었다.[90]

MISE영어 (Mapping Imaging Spectrometer for Europa영어)는 근적외선 분광 이미징을 통해 유로파 표면의 구성 성분을 조사하는 장비이다. 유기 화합물(아미노산, 토린 포함)[91][92], 염, 산 수화물, 물 얼음 등 다양한 물질의 분포를 파악하고 지도를 작성한다.[92][93] 제트 추진 연구소(JPL)의 다이애나 블레이니(Diana Blaney)가 주도하고 존스 홉킨스 대학교 응용 물리학 연구소(APL)와 공동으로 제작했다.

유로파 지도 작성 이미징 분광계(MISE) 장비


EIS영어 (Europa Imaging System영어)는 가시광선 카메라를 이용하여 유로파 표면을 고해상도로 촬영하고 지형을 지도화하는 장비이다. 최대 픽셀당 0.5m 해상도로 작은 영역을 정밀하게 관찰할 수 있다.[94][95]

EIS영어는 광각 카메라(WAC)와 협각 카메라(NAC) 두 대의 카메라로 구성된다.[94][95]

카메라 종류시야각해상도 (50km 고도 기준)특징
광각 카메라(WAC)48° x 24°11m8mm 조리개와 46mm 초점 거리를 가진 8개의 렌즈 굴절 광학계 (f/5.75), 입체 영상 획득[95]
협각 카메라(NAC)2.3° x 1.2°0.5m152mm 조리개와 1000mm 초점 거리를 가진 리치-크레티앙 카세그레인 망원경 (f/6.58), 2축 짐벌 장착[95]



협각 카메라(NAC)는 2축 짐벌에 장착되어 우주선의 방향과 관계없이 특정 목표물을 향할 수 있다. 이를 통해 유로파 표면의 95% 이상을 픽셀당 50m 이하의 해상도로 지도를 작성할 수 있다.[95] 응용 물리학 연구소의 엘리자베스 터틀이 주 연구원이다.

Europa-UVS영어 (Europa Ultraviolet Spectrograph영어)는 자외선 분광 관측을 통해 유로파 대기 성분과 플룸(plume)을 탐지하는 장비이다.[96] 소규모 분출 플룸을 감지하고, 유로파 외기권의 구성과 역학에 대한 정보를 제공한다. 사우스웨스트 연구소(Southwest Research Institute)의 커트 레서포드(Kurt Retherford)가 주도하며, 그는 허블 우주 망원경을 이용하여 유로파에서 분출되는 플룸을 발견한 연구팀의 일원이었다.[97]

REASON영어 (Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface영어)은 얼음 투과 레이더를 이용하여 유로파 얼음 지각의 두께와 내부 구조를 조사하는 장비이다. 이중 주파수(9MHz 및 60MHz)를 사용하여 유로파의 얼음 껍질 구조와 내부의 잠재적인 물웅덩이를 탐지한다.[92][98] 외기권, 표면 및 표면 근처, 그리고 최대 30km 깊이까지 얼음 껍질 전체를 얼음-해양 경계면까지 탐사할 것이다.[92] 텍사스 오스틴 대학교의 도널드 블랭컨십(Donald Blankenship)이 주 연구원이며, 제트 추진 연구소(JPL)에서 제작했다.[100]

유로파 클리퍼 자력계(ECM, Europa Clipper Magnetometer)는 유로파 주변 자기장을 측정하여 지하 바다의 존재 여부와 염도를 추정하는 장비이다. 8.5m 길이의 붐에 장착된 세 개의 플럭스게이트 센서로 구성된다.[101] 목성의 자기장은 유로파의 얼음 아래 염분이 있는 바다에 전류를 유도하여 유로파 자체 자기장을 생성한다. 따라서 여러 번의 근접 비행을 통해 자기장 세기와 방향을 연구하여 지하 바다의 존재를 확인하고 얼음 지각 두께, 물의 깊이와 염도를 추정한다.[102] 미시간 대학교의 마가렛 키벨슨이 장비팀 책임을 맡고 있다.[103] ECM은 비용 초과로 취소된 자력 측정을 이용한 유로파 내부 특성 분석(ICEMAG) 장비를 대체하는 더 간단하고 저렴한 자력계이다.[104][105]

자기 음향을 위한 플라스마 장비(PIMS)의 패러데이 컵 센서 두 개. 왼쪽은 최종 비행 구성이고 오른쪽은 이전 테스트 단계입니다.


PIMS영어 (Plasma Instrument for Magnetic Sounding영어)는 플라스마 측정과 자기장 측정을 병행하여 유로파의 얼음 껍질 두께, 해양 깊이, 염도를 결정하고, 유로파의 우주 환경을 조사하는 장비이다. 유로파 주변의 플라스마를 측정하여 플라스마 전류에 의해 생성되는 자기장을 분석한다. 이 플라스마 전류는 유로파 지하 해양의 전자기 유도 반응을 가린다. PIMS는 자력계와 함께 얼음 껍질 두께, 해양 깊이 및 염도를 결정하는 데 중요한 역할을 한다. 또한 유로파 표면에서 대기와 전리층으로 물질을 풍화 및 방출하는 메커니즘을 조사하고 유로파가 지역 우주 환경과 목성의 자기권에 미치는 영향을 이해하는 데 사용된다.[106][107] 응용 물리학 연구소의 Joseph Westlake가 주임 연구원이다.

MASPEX영어 (Mass Spectrometer for Planetary Exploration/Europa영어)는 유로파의 희박한 대기와 표면 물질을 분석하여 지하 바다의 구성 성분을 밝히는 장비이다.[108][109] MASPEX영어 개발을 주도한 잭 와이트(Jack Waite)는 카시니 우주선의 이온 및 중성 질량 분석기(INMS) (카시니-호이겐스 탐사선) 과학팀장을 역임했다. 책임 연구원은 사우스웨스트 연구소(Southwest Research Institute)의 짐 버치(Jim Burch)이며, 그는 이전에 자기권 다중 스케일 임무의 책임자였다.

유로파 클리퍼의 먼지 분석기 센서 헤드


표면 먼지 분석기(SUDA, Surface Dust Analyzer)는 유로파에서 방출되는 먼지 입자의 성분을 분석하여 표면과 플룸의 구성 성분을 파악하고, 생명체 흔적을 탐지하는 질량 분석기이다.[12] 저고도 비행 중 표면과 잠재적인 플룸을 직접 샘플링하여 분출물 얼음 속 유기 및 무기 화합물의 흔적을 식별한다.[110] 수집된 얼음 알갱이에 박테리아 세포 하나보다 적은 양의 샘플이라도 생명체의 흔적을 감지할 수 있을 만큼 민감하다.[111] 콜로라도 볼더 대학교의 사샤 켐프(Sascha Kempf)가 주 연구원이다.

전파 과학(Gravity & Radio Science)은 통신용 고이득 안테나를 이용하여 도플러 효과 측정을 통해 유로파의 중력장을 조사하고, 내부 구조를 연구하는 데 사용된다. 우주선과 지구 사이의 전파 신호에서 도플러 편이를 측정하여 우주선의 움직임을 정밀하게 결정한다. 우주선이 45회의 유로파 근접비행을 수행하면서 궤적이 유로파 중력장에 의해 변경되는데, 도플러 데이터를 통해 중력장의 고차 계수를 결정하고 위성의 내부 구조와 조석력에 의한 변형을 조사한다.[112] NASA 고다드 우주비행센터(Goddard Space Flight Center)의 에르완 마자리코(Erwan Mazarico)가 이 장비의 책임자이다.[113]

5. 디자인 및 구성 요소

우주선 개념도


이 임무는 미항공우주국(NASA) 행성과학부(Planetary Science Division)의 대규모 전략 과학 임무(Large strategic science missions) 중 하나이다. 행성 임무 프로그램 사무소(Planetary Missions Program Office) 산하 태양계 탐사 프로그램(Solar System Exploration program)에 따라 두 번째 비행으로 자금이 지원되며,[77][78] 해양 세계 탐사 프로그램(Ocean Worlds Exploration Program)의 지원도 받고 있다.[53]

우주선 탑재체와 궤도는 임무 설계가 확정됨에 따라 변경될 수 있다.[79]

궤도선 전력 공급원으로 방사성동위원소 열전 발전기(RTG)와 태양광 발전 방식이 모두 검토되었다.[80] 플루토늄-238을 연료로 사용하는 다목적 방사성동위원소 열전 발전기(MMRTG)는 화성 과학 연구소(MSL) 임무에서 이미 성공적으로 사용된 방식이었다.[73][75]

시험 중인 고이득 안테나 시제품


탐사선에는 지름 3.1m의 고이득 안테나를 포함한 여러 안테나가 있다. 고이득 안테나는 X 대역 주파수인 7.2 및 8.4기가헤르츠와 Ka 대역 주파수인 32기가헤르츠(일반 휴대전화의 12배)를 사용한다. 이 안테나는 존스홉킨스 응용물리학 연구소의 Matt Bray가 이끄는 팀에 의해 설계 및 제작되었으며, 2022년 봄과 여름에 랭글리 연구센터와 고다드 우주비행센터에서 시험을 거쳤다.[86]

5. 1. 탐사선 본체

우주선 본체(spacecraft bus)는 길이 5m, 너비 1.5m의 알루미늄 원통형 추진 모듈과 직사각형 상자 형태로 되어 있다.[3] 전자 부품은 상자 안에 있는 150kg의 티타늄(titanium), 아연(zinc) 및 알루미늄 차폐 금고에 의해 강한 방사선으로부터 보호된다.[5][75]

5. 2. 전력

이 임무는 태양 전지판을 주 전력원으로 사용한다.[80] 목성의 태양 에너지 세기는 지구 궤도의 4%에 불과하지만, 주노 임무를 통해 태양 전지판을 이용한 목성 궤도 우주선 전력 공급이 입증되었다.[80] 2013년 9월, 태양 전지판이 우주선 전력 공급에 더 저렴한 옵션이라는 결정이 내려졌고, 2014년 10월 3일 유로파 클리퍼의 전력 공급원으로 태양 전지판이 선택되었다는 발표가 있었다.[80]

각 전지판은 18sqm의 표면적을 가지며, 목성 궤도에서 태양을 향해 정렬될 때 150와트의 전력을 지속적으로 생산한다.[82] 유로파의 그림자에 있을 때는 배터리를 사용하여 우주선이 계속해서 데이터를 수집할 수 있다. 그러나 전리 방사선은 태양 전지판을 손상시킬 수 있다. 유로파 클리퍼의 궤도는 목성의 강력한 자기권을 통과하게 되는데, 이는 임무가 진행됨에 따라 태양 전지판을 점진적으로 손상시킬 것으로 예상된다.[75] 태양 전지판은 에어버스 디펜스 앤 스페이스(Airbus Defence and Space)에서 제공했다.[83]

5. 3. 추진

추진 시스템은 NASA의 고다드 우주비행센터(Goddard Space Flight Center)가 메릴랜드주 그린벨트(Greenbelt, Maryland)에서 제작했으며, 존스홉킨스 응용물리학 연구소(Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)가 메릴랜드주 로럴(Laurel, Maryland)에서 납품한 추진 모듈의 일부이다.[84] 추진 모듈은 높이 약 3m, 지름 약 1.5m로 우주선 본체의 약 3분의 2를 차지한다. 추진 시스템은 약 2700kg의 모노메틸히드라진(monomethyl hydrazine)과 사산화이질소(dinitrogen tetroxide) 추진제를 탑재하고 있으며, 이 중 50~60%는 목성 궤도 진입을 위한 6~8시간 연소에 사용된다. 우주선은 자세 제어 및 추진을 위해 추력 27.5N의 로켓 엔진 24개를 갖추고 있다.[3]

5. 4. 통신

유로파 클리퍼는 통신을 주 목적으로 설계되었지만, 고이득 안테나(high-gain radio antenna)를 이용하여 추가적인 전파 관측을 수행하고 유로파의 중력장을 조사할 예정이다. 이는 전파과학 부분 시스템(radio science subsystem) 역할을 수행함을 의미한다.[112] 지구와 우주선 사이의 전파 신호에서 발생하는 도플러 편이(Doppler shift)를 측정하면 우주선의 움직임을 자세히 알 수 있다. 우주선이 45번의 유로파 근접비행(flybys)을 하는 동안, 유로파의 중력장에 의해 우주선의 궤적이 변경될 것이다. 이 도플러 데이터를 통해 중력장의 고차 계수를 알아내고, 이를 통해 유로파의 내부 구조를 파악하며, 조석력(tidal forces)에 의해 유로파가 어떻게 변형되는지를 연구할 수 있다.[112]

이 장비의 책임자는 NASA 고다드 우주 비행 센터의 에르완 마자리코(Erwan Mazarico)이다.[113]

6. 임무 종료 계획

탐사선은 유로파와의 충돌을 피하기 위해 목성, 가니메데 또는 칼리스토에 충돌하도록 계획되어 있다. 2022년 6월, 수석 프로젝트 과학자 로버트 파팔라르도는 유로파 클리퍼 임무 계획자들이 주요 과학 단계 초기에 임무 연장이 승인되지 않을 경우, 탐사선을 가니메데 표면에 충돌시켜 폐기하는 방안을 고려하고 있다고 밝혔다. 그는 이러한 충돌이 유럽 우주국(ESA)의 JUICE 임무가 가니메데 표면 화학에 대한 더 많은 정보를 수집하는 데 도움이 될 것이라고 언급했다.[67][68] 2024년 논문에서 파팔라르도는 임무가 목성 궤도에서 4년 동안 지속될 것이며, NASA가 임무 연장을 승인하지 않을 경우 폐기는 2034년 9월 3일을 목표로 한다고 밝혔다.[69]

7. 대중 참여 프로그램

2023년, NASA는 "병 속의 메시지(Message in a Bottle)" 캠페인("유로파에 당신의 이름을 보내세요" 캠페인)을 통해 전 세계 사람들의 이름을 유로파 클리퍼에 담아 보내는 프로젝트를 진행했다.[124]

미국 시인 아다 리몬(Ada Limón)의 시 "신비에 대한 찬사: 유로파를 위한 시(In Praise of Mystery: A Poem for Europa)"는 지구와 유로파 사이의 연결성을 묘사하며, 목성까지 29억 킬로미터(18억 마일)에 이르는 여정에 함께한다.[124] 이 시는 약 18 x 28센티미터(7 x 11인치) 크기의 탄탈럼 금속판에 새겨져 유로파 클리퍼 내부 금고의 개구부를 막고 있으며, 안쪽에는 시인의 친필로 쓴 시가 새겨져 있다.

일반 참가자들의 이름은 네 개의 갈릴레이 위성으로 둘러싸인 와인병 그림 안에 있는 판에 부착된 마이크로칩에 새겨졌다. NASA에 따르면 2,620,861명이 유로파 클리퍼의 병 속 메시지에 서명했으며, 그 대부분은 미국 사람들이었다.[125]

기념판 안쪽에는 시와 이름 외에도 드레이크 방정식, 수소 원자와 수산화기의 스펙트럼 선 표현(이것들은 함께 물 구멍으로 알려져 있음), 그리고 행성 과학자 론 그릴리(Ron Greeley)의 초상화가 새겨져 있다.[126] 바깥쪽 패널에는 지구와 유로파의 연결성을 강조하는 그림이 있다.

언어학자들은 전 세계 여러 언어 가족에서 "물"이라는 단어를 103개 언어로 녹음했고, 이 오디오 파일은 파형으로 변환되어 판에 새겨졌다. 파형은 미국 수화의 "물" 기호에서 방사형으로 퍼져 나간다.[127] 연구 기관인 METI 인터내셔널(METI International)이 "물"이라는 단어의 오디오 파일을 수집했고, 대표인 더글러스 바코크(Douglas Vakoch)이 메시지의 물 구멍 구성 요소를 디자인했다.[128][129]

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