카이사르 (우주선)
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1. 개요
카이사르(CAESAR)는 혜성 샘플 반환 미션으로, 태양계 형성 및 생명체 기원에 대한 이해를 높이기 위해 혜성의 유기 화합물을 분석하는 것을 목표로 했다. 노스롭 그러먼 혁신 시스템즈에서 제작될 예정이었으며, NEXT 이온 추진기를 사용하고, 혜성 표면의 레골리스를 채취하여 지구로 귀환하는 방식으로 설계되었다. 2038년 지구 대기권에 재진입하여 낙하산을 펼쳐 샘플을 회수할 예정이었으며, 샘플은 존슨 우주 센터와 일본의 외계 물질 보존 센터에서 분석 및 보존될 계획이었다.
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| 카이사르 (우주선) | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 임무 종류 | 샘플 귀환 |
| 운영 기관 | NASA |
| 웹사이트 | CAESAR 공식 웹사이트 |
| 제안된 임무 기간 | 2024년 8월 ~ 2038년 11월 |
| 제작사 (제안) | 노스럽 그루먼 |
| 태양 전지판 길이 | 43.5 m |
| 발사 예정일 | 2024년 8월 |
| 착륙 예정일 | 2038년 11월 |
| 착륙 예정지 | 유타 시험 및 훈련장 |
| 행성 간 정보 | |
| 종류 | 궤도선 |
| 대상 천체 | 혜성 67P/Churyumov–Gerasimenko |
| 도착 예정일 | 2029년 1월 |
| 출발 예정일 | 2032년 2월 |
| 샘플 질량 | 80~800 g |
| 프로그램 정보 | |
| 프로그램 | New Frontiers program (새로운 프론티어 프로그램) |
| 이전 미션 | OSIRIS-REx |
| 다음 미션 | 드래곤플라이 |
2. 역사적 배경
혜성 샘플 반환 미션은 2003년과 2011년 행성 과학 10년 조사에서 새로운 프론티어 미션의 목표 중 하나로 제시되었는데, 이는 NASA가 무엇을 어디에 우선순위를 두어야 하는지에 대한 과학계의 안내 설문조사였다.[6] NASA는 1990년대 후반과 2000년대에 ''딥 스페이스 1''(1998년 발사), ''스타더스트'' (1999년 발사), ''컨투어'' (2002년 발사되었지만 발사 후 실패), ''딥 임팩트'' (2005년 발사)를 포함하여 혜성에 대한 여러 미션을 발사했으며, ''로제타'' 미션에도 일부 참여했다.
3. 과학적 목표
CAESAR 미션의 주요 목표는 67P/추류모프-게라시멘코 혜성 샘플을 분석하여 태양계 형성과 진화 과정을 밝히는 것이었다. 혜성 67P는 2014년부터 2016년까지 유럽 우주국(ESA)의 로제타 탐사선과 필레 착륙선이 탐사하여 그 기원과 역사가 밝혀졌다.[4]
3. 1. 생명체 기원 연구
혜성은 초기 지구에 유기 화합물을 전달하여 생명체 탄생에 필요한 물질을 제공했을 가능성이 제기되어 왔다.[1][9][10] 카이사르는 혜성에 존재하는 톨린 등 유기 화합물을 분석하여 생명의 기원 연구에 기여하고자 했다.[8] 톨린은 67P/추류모프-게라시멘코 혜성에 대한 로제타 임무에 의해 탐지되었다.[11][12]
4. 탐사선 구조 및 기술
CAESAR 탐사선은 노스롭 그러먼 혁신 시스템즈(Northrop Grumman Innovation Systems)에서 제작될 예정이었으며, 돈 미션에서 사용된 기술을 활용할 계획이었다.[13] 허니비 로보틱스(Honeybee Robotics)의 로봇 팔과 샘플 획득 시스템, JAXA의 샘플 반환 캡슐 및 열 보호막 기술이 사용될 예정이었다.[1]
4. 1. 항법 및 샘플 채취
말린 우주 과학 시스템즈(Malin Space Science Systems)의 카메라 시스템을 통해 정밀 항법 및 샘플 채취를 수행할 계획이었다.[1] 이 카메라 스위트는 좁은 시야각 카메라(NAC), 중간 시야각 카메라(MAC), 터치 앤 고 카메라(TAGCAM), 두 대의 항법 카메라(NAVCAM), 그리고 샘플 컨테이너 카메라(CANCAM) 등 다양한 시야각과 초점 범위를 가진 6대의 카메라로 구성된다.[14]허니비 로보틱스(Honeybee Robotics)의 로봇 팔(TAG)과 샘플 획득 시스템을 사용하여 혜성 표면에서 샘플을 채취할 예정이었다.[1] JAXA의 샘플 반환 캡슐 및 열 보호막 기술을 활용할 계획이었다.[1]
4. 2. 추진 시스템
''카이사르''의 추진 시스템은 NASA의 차세대 제논 추진기(NEXT)가 될 예정이며,[2][1] 이는 태양 전기 추진의 한 유형이다. 3개의 NEXT 추진기를 사용하며, 그 중 하나는 예비용으로 사용될 것이다.[15] 추진제는 제논이다.
5. 샘플 채취 및 귀환
CAESAR는 혜성에 직접 착륙하지 않고, OSIRIS-REx 미션에서처럼 터치 앤 고(TAG) 방식의 로봇 팔을 이용하여 표면에 잠시 접촉하는 방식으로 샘플을 채취할 계획이었다. 이 과정에서 태양 전지판을 Y자형으로 올려 먼지 축적을 최소화하고 지상 공간을 확보한다.[2] 팔 끝에 있는 샘플러 헤드에 질소 가스를 분사하여 레골리스 입자를 날려 보내는 방식으로 샘플 채취 메커니즘이 작동한다. CAESAR는 혜성에서 80g에서 최대 800g 사이의 레골리스를 수집하며, 최대 자갈 크기는 4.5cm이다.[2] 이 시스템은 세 번의 샘플 채취에 충분한 압축 질소 가스를 보유하고 있다.[1]
채취된 샘플은 휘발성 물질과 고체 물질로 분리되어 별도의 용기에 담기고, 귀환 여정 동안 차갑게 보존된다.[1][16] 우주선은 2038년에 샘플을 담은 캡슐을 지구 대기권에 진입시켜 낙하산으로 지표면에 착륙시킬 것이다.[4] 샘플 반환 캡슐(SRC)은 JAXA에서 제공하며, 하야부사, 하야부사2 우주선에서 사용된 SRC 디자인을 기반으로 한다.[1]
5. 1. 샘플 분석
귀환한 샘플은 유타 시험 및 훈련장(UTTR)에 낙하산을 펼쳐 착륙한 후, 존슨 우주 센터로 운송되어 우주 물질 연구 및 탐사 과학부(ARES)라는 연구소에서 보존 및 분석될 예정이었다.[1] 샘플의 작은 부분은 일본의 외계 물질 보존 센터에서도 보존될 예정이었다.[1] 나머지 대부분(총량의 75% 이상)은 미래 세대 과학자들의 분석을 위해 보존될 것이다.[16][1]참조
[1]
웹사이트
PSW 2399 Comets and the Origin of Life
https://www.youtube.[...]
PSW Science
2018-11-07
[2]
간행물
CAESAR: Project Overview
https://www.lpi.usra[...]
Lunar and Planetary Institute
2018-01-17
[3]
뉴스
NASA Announces New Dragonfly Drone Mission to Explore Titan
https://www.nytimes.[...]
2019-06-27
[4]
뉴스
Finalists in NASA's Spacecraft Sweepstakes: A Drone on Titan, and a Comet-Chaser
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The CAESAR New Frontiers Comet Sample Return Mission
2018-05-20
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1979-01-11
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OSIRIS observations of meter-sized exposures of H2O ice at the surface of 67P/Churyumov-Gerasimenko and interpretation using laboratory experiments
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