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망갈리얀

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목차

1. 개요

망갈리얀은 인도 우주 연구 기구(ISRO)가 개발한 화성 무인 탐사선으로, 2013년 11월 5일 발사되어 2014년 9월 24일 화성 궤도에 진입하는 데 성공했다. 이 임무는 행성 간 탐사 기술 개발, 화성 표면, 지형, 광물학 및 대기 연구를 목표로 했으며, 총 5개의 과학 장비를 탑재했다. 망갈리얀은 2022년 4월 통신 두절로 임무가 종료되기 전까지 8년 동안 운영되며, 화성 대기 및 표면에 대한 다양한 데이터를 수집했다.

2. 역사

2008년 11월, 당시 ISRO 의장인 G. 마다반 나이르는 화성 무인 탐사선 임무를 처음으로 공식 발표했다.[29] MOM 임무 개념은 2008년 달 탐사 위성 찬드라얀 1호 발사 이후 인도 우주 과학 기술 연구소에서 2010년에 타당성 조사를 시작으로 시작되었다. 만모한 싱 총리는 인도 우주 연구 기구가 궤도선에 대한 연구를 완료한 후, 2012년 8월 3일에 이 프로젝트를 승인했다.[30][31][32] 총 프로젝트 비용은 최대 45억 4천만 루피에 달할 수 있다.[8][33] 위성 비용은 15억 3천만 루피이며, 나머지 예산은 다른 ISRO 프로젝트에 사용될 지상국 및 중계 업그레이드에 할당되었다.[34]

인도 우주국은 2013년 10월 28일에 발사할 예정이었으나, 태평양의 악천후로 인해 ISRO의 우주선 추적선이 미리 정해진 위치를 잡는 데 지연이 발생하여 11월 5일로 연기되었다.[2] 연료 절약을 위한 호만 전이 궤도 발사 기회는 26개월마다 찾아오며, 이 경우 다음 두 번의 기회는 2016년과 2018년에 있었다.[35]

C25로 지정된 PSLV-XL 발사체의 조립은 2013년 8월 5일에 시작되었다.[36] 5개의 과학 장비 장착은 인도 우주 연구 기구 위성 센터, 벵갈루루에서 완료되었고, 완성된 우주선은 PSLV-XL 발사체에 통합하기 위해 2013년 10월 2일에 스리하리코타로 옮겨졌다.[36] 위성 개발은 재구성된 찬드라얀 2호 궤도선 버스를 사용한 덕분에 기록적인 15개월 만에 빠르게 진행되어 완료되었다.[37][38] 2013년 미국 연방 정부 폐쇄에도 불구하고, NASA는 2013년 10월 5일에 "심우주 네트워크 시설"을 통해 임무에 통신 및 항법 지원을 제공할 것이라고 재확인했다.[39] 2014년 9월 30일 회의에서 NASA와 ISRO 관계자는 향후 화성 탐사를 위한 공동 임무를 위한 경로를 설정하는 데 합의했다. 실무 그룹의 목표 중 하나는 MAVEN 궤도선과 MOM 간의 잠재적인 공동 관측 및 과학 분석, 그리고 현재 및 미래의 다른 화성 탐사 임무를 탐구하는 것이다.[40]

2022년 10월 2일, 궤도선이 2022년 4월에 설계되지 않은 장기적인 일식 기간에 들어가면서 지구와의 통신이 회복 불가능하게 손실되었다고 보도되었다. 통신 손실 당시 탐사선이 전력을 잃었는지, 아니면 자동 기동 중에 의도치 않게 지구를 향한 안테나를 재정렬했는지는 알려지지 않았다.[24]

2. 1. 개발 배경

2008년 11월, 당시 ISRO 의장인 G. 마다반 나이르는 화성 무인 탐사선 임무를 처음으로 공식 발표했다.[29] 2010년, 인도 우주 과학 기술 연구소에서 찬드라얀 1호 발사 이후 타당성 조사를 시작했다.[29] 만모한 싱 총리는 2012년 8월 3일에 이 프로젝트를 승인했다.[30][31][32]

당초 2013년 10월 28일에 발사할 예정이었으나, 태평양의 악천후로 인해 11월 5일로 연기되었다.[2] 연료 절약을 위한 호만 전이 궤도 발사 기회는 26개월마다 찾아온다.[35] C25로 지정된 PSLV-XL 발사체의 조립은 2013년 8월 5일에 시작되었고,[36] 5개의 과학 장비 장착은 인도 우주 연구 기구 위성 센터에서 완료되어, 2013년 10월 2일 PSLV-XL 발사체에 통합하기 위해 스리하리코타로 옮겨졌다.[36] 위성 개발은 재구성된 찬드라얀 2호 궤도선 버스를 사용한 덕분에 15개월 만에 빠르게 진행되어 완료되었다.[37][38] 2013년 미국 연방 정부 폐쇄에도 불구하고, NASA는 심우주 네트워크 시설을 통해 임무에 통신 및 항법 지원을 제공할 것이라고 재확인했다.[39]

2. 2. 개발 과정

인도 우주 연구 기구(ISRO) 의장 G. 마다반 나이르는 2008년 11월 화성 무인 탐사선 계획을 처음 발표했다.[29] 찬드라얀 1호 발사 후 2010년 인도 우주 과학 기술 연구소의 타당성 조사를 거쳐, 만모한 싱 총리는 2012년 8월 3일 이 프로젝트를 승인했다.[30][31][32] 총 프로젝트 비용은 최대 45억 4천만 루피에 달할 수 있으며,[8][33] 위성 비용은 15억 3천만 루피이고, 나머지는 지상국 및 중계 업그레이드에 사용되었다.[34]

당초 2013년 10월 28일 발사 예정이었으나, 태평양의 악천후로 인해 11월 5일로 연기되었다.[2] 호만 전이 궤도 발사 기회는 26개월마다 찾아온다.[35] C25로 지정된 PSLV-XL 발사체의 조립은 2013년 8월 5일에 시작되었다.[36] 5개의 과학 장비 장착은 인도 우주 연구 기구 위성 센터에서 완료되었고, 완성된 우주선은 2013년 10월 2일 발사체에 통합하기 위해 스리하리코타로 옮겨졌다.[36] 찬드라얀 2호 궤도선을 재구성하여 개발 기간을 15개월로 단축했다.[37][38] 2013년 미국 연방 정부 폐쇄에도 불구하고, NASA는 심우주 네트워크 시설을 통해 통신 및 항법 지원을 제공했다.[39] 2014년 9월 30일, NASA와 ISRO는 향후 화성 탐사를 위한 공동 임무를 위한 협력에 합의했다.[40]

2022년 10월 2일, 궤도선이 2022년 4월에 설계되지 않은 장기적인 일식 기간에 들어가면서 지구와의 통신이 회복 불가능하게 손실되었다고 보고되었다. 통신 손실 당시 탐사선이 전력을 잃었는지, 아니면 자동 기동 중에 의도치 않게 지구를 향한 안테나를 재정렬했는지는 알려지지 않았다.[24]

2. 3. 팀 구성

인도 우주 연구 기구(ISRO)의 K. 라다크리슈난 회장을 비롯한 다수의 과학자와 엔지니어들이 망갈리얀 개발 및 운용에 참여했다.[41]

  • 마일스와미 아나두라이는 프로그램 디렉터로서 우주선 구성, 일정 및 자원과 예산 관리, 전반적인 프로젝트를 담당했다.[41]
  • V. 케사바 라주는 화성 궤도선 임무 국장이었다.[41]
  • 수브비아 아루난은 화성 궤도선 임무의 프로젝트 디렉터였다.[41]
  • B.S. 키란은 비행 역학의 부 프로젝트 디렉터였다.[41]
  • V. 코테스와라 라오는 ISRO 과학 비서였다.[41]
  • 찬드라다탄은 액체 추진 시스템의 국장이었다.[41]
  • R. 사티시는 우주선 기계 시스템의 부 프로젝트 디렉터였다.[41]
  • K. 수레쉬는 우주선 전기 시스템의 부 프로젝트 디렉터였다.[41]
  • 모우미타 더타는 화성 궤도선 임무의 프로젝트 매니저였다.[41]
  • 난디니 하리나스는 항법의 부 운영 국장이었다.[41]
  • 리투 카리달은 항법의 부 운영 국장이었다.[41]
  • B. 자야쿠마르는 로켓 시스템 테스트를 담당하는 PSLV 프로그램의 부 프로젝트 디렉터였다.[41]
  • S. 라마크리슈난은 PSLV 발사기의 액체 추진 시스템 개발을 도운 국장이었다.[41]
  • P. 쿤히크리슈난은 PSLV 프로그램의 프로젝트 디렉터이자 PSLV-C25/화성 궤도선 임무의 임무 국장이었다.[41]
  • A. S. 키란 쿠마르는 위성 응용 센터의 국장이었으며, 이후 ISRO 회장이 되었다.[41]
  • M. Y. S. 프라사드는 사티쉬 다완 우주 센터의 국장이자 발사 승인 위원회의 의장이었다.[41]
  • MS 파니르셀밤은 스리하리코타 로켓 포트의 수석 총괄 매니저였으며 발사 일정을 유지하는 임무를 맡았다.[41]
  • S. K. 시바쿠마르는 ISRO 위성 센터의 국장이자 인도 심우주 네트워크의 프로젝트 디렉터였다. 그는 15개월이라는 기록적인 시간 안에 우주선을 실현하는 것을 계획했다. 화성 궤도선 임무는 ISRO 위성 센터(ISAC)의 산물이다.[41]

3. 임무 목표

본 임무의 주요 목표는 행성간 탐사의 설계, 계획, 관리 및 운영에 필요한 기술을 개발하는 것이다.[21] 부차적인 목표는 자체 과학 장비를 사용하여 화성의 표면 특징, 지형학, 광물학 및 화성의 대기를 탐사하는 것이다.[47]

주요 목표는 다음과 같은 주요 과제를 포함하는 행성간 탐사의 설계, 계획, 관리 및 운영에 필요한 기술을 개발하는 것이다:[48]


  • 지구 중심 궤도에서 헬리오 중심 궤도로, 그리고 마지막으로 화성 궤도 진입을 위한 궤도 기동
  • 궤도 및 우주선 자세 제어 (방향) 계산 및 분석을 위한 힘 모델 및 알고리즘 개발
  • 모든 단계에서의 항법
  • 임무의 모든 단계에서 우주선 유지
  • 전력, 통신, 열 및 탑재체 작동 요구 사항 충족
  • 비상 상황 처리를 위한 자율 기능 통합


망갈리얀의 과학적 목표는 화성 표면의 형태, 지형, 광물 조성을 연구하고,[48] 화성 대기의 구성 물질과 상층 대기의 역학 및 태양풍의 영향 등을 연구하는 것이다.[48] 주요 과학적 목표는 다음과 같다.

  • 화성 표면의 특징을 분석하기 위해 표면의 형태, 지형 및 광물 조성을 연구한다.
  • 원격 감지 기술을 사용하여 메탄 및 이산화 탄소(CO2)를 포함한 화성 대기의 구성 물질을 연구한다.
  • 화성 상층 대기의 역학, 태양풍 및 방사선의 영향, 휘발성 물질의 우주 공간으로의 탈출을 연구한다.


이 임무를 통해 화성의 위성인 포보스를 관찰하고,[48] 화성 전이 궤적에서 관측된 소행성의 궤도를 식별 및 재추정할 수 있다. 또한, 화성 컬러 카메라(MCC)를 통해 화성 표면을 가시광선으로 촬영하고, 열 적외선 이미징 분광계(TIS)를 통해 화성 표면 광물에 대한 단서를 간접적으로 얻을 수 있다.[170] 화성 대기 메탄 센서(MSM)는 화성 대기 중 메탄을 검출하며,[170] 라이먼 알파선 포토미터(LAP)는 화성 고층 대기의 수소 상태를 관측한다.[170] 화성 고층 대기 비전리 입자 질량 분석계(MENCA)는 화성 대기 성분에 대한 질량 분석을 수행한다.[170] 망갈리얀은 화성 위성 데이모스의 뒷면을 최초로 보여주었다.

3. 1. 주요 목표

망갈리얀의 주요 목표는 행성간 탐사의 설계, 계획, 관리 및 운영에 필요한 기술을 개발하는 것이다.[21] 부차적인 목표는 자체 과학 장비를 사용하여 화성의 표면 특징, 지형학, 광물학 및 화성의 대기를 탐사하는 것이다.[47]

주요 목표는 다음과 같다.[48]

  • 지구 중심 궤도에서 헬리오 중심 궤도로, 그리고 마지막으로 화성 궤도 진입을 위한 궤도 기동
  • 궤도 및 우주선 자세 제어 (방향) 계산 및 분석을 위한 힘 모델 및 알고리즘 개발
  • 모든 단계에서의 항법
  • 임무의 모든 단계에서 우주선 유지
  • 전력, 통신, 열 및 탑재체 작동 요구 사항 충족
  • 비상 상황 처리를 위한 자율 기능 통합


마르스 오비터 미션은 2012년 8월 4일 인도 정부에 의해 승인되었고, 만모한 싱 총리는 같은 달 15일 독립 기념일 연설에서 국민에게 인도 최초의 행성 탐사선으로 화성을 목표로 할 것이라고 발표했다.[154]

이것은 인도에서 처음으로 지구의 인력권을 탈출시키는 시도였으며, 모든 것을 인도 기술만으로 탐사선을 개발한, 말하자면, 인도의 행성 탐사 기술의 실증 미션이었다.[155] 탐사선에는 인도의 기상 위성 칼파나-1과 측위 위성 IRNSS-1과 같은 플랫폼인 "I-1K"를 사용했으며, 인도 우주 연구 기구의 위성 센터(ISAC)에서 조립이 이루어졌다. 메인 엔진으로는 MMH와 사산화이질소를 사용하는 2액식 로켓(추력 440 N)을 탑재했으며, 그 외에, 자세 제어용으로 소형 슬러스터 8기(추력 22 N)를 갖추었다.

3. 2. 과학적 목표

망갈리얀의 과학적 목표는 화성 표면의 형태, 지형, 광물 조성을 연구하고,[48] 화성 대기의 구성 물질과 상층 대기의 역학 및 태양풍의 영향 등을 연구하는 것이다.[48] 주요 과학적 목표는 다음과 같다.

  • 화성 표면의 특징을 분석하기 위해 표면의 형태, 지형 및 광물 조성을 연구한다.
  • 원격 감지 기술을 사용하여 메탄 및 이산화 탄소(CO2)를 포함한 화성 대기의 구성 물질을 연구한다.
  • 화성 상층 대기의 역학, 태양풍 및 방사선의 영향, 휘발성 물질의 우주 공간으로의 탈출을 연구한다.


이 임무를 통해 화성의 위성인 포보스를 관찰하고,[48] 화성 전이 궤적에서 관측된 소행성의 궤도를 식별 및 재추정할 수 있다. 또한, 화성 컬러 카메라(MCC)를 통해 화성 표면을 가시광선으로 촬영하고, 열 적외선 이미징 분광계(TIS)를 통해 화성 표면 광물에 대한 단서를 간접적으로 얻을 수 있다.[170] 화성 대기 메탄 센서(MSM)는 화성 대기 중 메탄을 검출하며,[170] 라이먼 알파선 포토미터(LAP)는 화성 고층 대기의 수소 상태를 관측한다.[170] 화성 고층 대기 비전리 입자 질량 분석계(MENCA)는 화성 대기 성분에 대한 질량 분석을 수행한다.[170] 망갈리얀은 화성 위성 데이모스의 뒷면을 최초로 보여주었다.

4. 우주선 설계

망갈리안

  • '''질량''': 발사 질량은 1337.2kg으로, 추진제 852kg을 포함한다.
  • '''버스''': 우주선의 버스는 찬드라얀 1호와 유사한 수정된 I-1 K 구조 및 추진 하드웨어 구성이다. 위성 구조는 알루미늄과 복합 섬유 강화 플라스틱 (CFRP) 샌드위치 구조로 제작되었다.[47][50]
  • '''전력''': 전력은 각각 1.8m x 1.4m (총 7.56 m2)의 세 개의 태양 전지판을 통해 생성되며, 화성 궤도에서 최대 840와트의 전력을 생산한다. 전기는 36 Ah 리튬 이온 배터리에 저장된다.[1][51]
  • '''추진''': 440N의 추력을 가진 액체 연료 엔진이 궤도 상승 및 화성 궤도 진입에 사용된다. 또한 궤도선에는 자세 제어 (방향)를 위한 8개의 22N 추력기가 있다.[52] 발사 시 추진제 질량은 852kg이었다.[1]
  • '''자세 및 궤도 제어 시스템''': MAR31750 프로세서, 두 개의 항성 센서, 태양 전지판 태양 센서, 조잡한 아날로그 태양 센서, 4개의 반작용 휠 및 주 추진 시스템을 포함하는 전자 장치가 있는 기동 시스템.[1][53]
  • '''안테나''': 저이득 안테나, 중간 이득 안테나 및 고이득 안테나.[1]

4. 1. 구조

망갈리얀은 찬드라얀 1호와 유사한 I-1 K 위성 버스를 기반으로 제작되었다.[47] 위성 구조는 알루미늄과 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 샌드위치 구조로 제작되었다.[50]

발사 질량은 1337.2kg이며, 852kg의 추진제를 포함한다. 전력은 3개의 태양 전지판을 통해 생성되며, 화성 궤도에서 최대 840와트의 전력을 생산하고 36Ah 리튬 이온 배터리에 저장한다.[1][51] 440N 추력의 액체 연료 엔진이 궤도 상승 및 화성 궤도 진입에 사용되며, 자세 제어를 위한 8개의 22N 추력기가 있다.[52] 자세 및 궤도 제어 시스템은 MAR31750 프로세서, 두 개의 항성 센서, 태양 센서, 4개의 반작용 휠 및 주 추진 시스템을 포함한다.[1][53] 안테나로는 저이득 안테나, 중간 이득 안테나, 고이득 안테나가 탑재되어 있다.[1]

4. 2. 전력

4. 3. 추진

4. 4. 통신

망갈리얀의 통신은 230와트 진행파관 증폭기(TWTA) 2개와 일관성 트랜스폰더 2개로 처리된다.[1] 안테나 배열은 저이득 안테나, 중이득 안테나 및 고이득 안테나로 구성된다.[1] 고이득 안테나 시스템은 S-밴드에서 급전되는 2.2m 반사경 하나를 기반으로 하며, 인도 심우주 네트워크와 원격 측정, 추적, 명령 및 데이터를 송수신하는 데 사용된다.[1]

인도 우주 연구 기구의 원격 측정, 추적 및 제어 네트워크는 인도의 스리하리코타와 포트블레어, 브루나이, 그리고 인도네시아의 비악에 위치한 지상국들을 통해 발사를 위한 항법 및 추적 작업을 수행했다.[60] 우주선의 원지점이 100,000 km 이상이 되자 인도 심우주 네트워크의 18m 및 32m 직경의 안테나가 활용되었다.[61] 18m 접시 안테나는 2014년 4월까지 우주선과의 통신에 사용되었으며, 그 이후에는 더 큰 32m 안테나가 사용되었다.[62] 미국 항공우주국의 심우주 네트워크는 인도 우주 연구 기구 네트워크가 보이지 않는 기간 동안 캔버라, 마드리드, 그리고 미국 서부 해안의 골드스톤에 위치한 세 개의 기지국을 통해 위치 데이터를 제공하고 있다.[63] 남아프리카 공화국 국립 우주국 (SANSA)의 하르테비호크 (HBK) 지상국 또한 위성 추적, 원격 측정 및 제어 서비스를 제공하고 있다.[64]

5. 과학 장비

망갈리얀에는 총 질량 15kg의 5가지 과학 장비가 탑재되었다.[54][55][56]

화성 궤도선 임무 탑재체
탑재체질량이미지목표
대기 연구
라이먼 알파 광도계(LAP)1.97kg
80px
대기 상층에서 라이먼 알파 방출로부터 중수소와 수소의 상대적 풍부도를 측정하는 광도계이다. 중수소/수소 비율을 측정하면 우주 공간으로의 물 손실량을 추정할 수 있다. D/H 비율 추정, H2 코로나의 탈출 플럭스 추정 및 수소 및 중수소 코로나 프로파일 생성이 주 목표이다.[48] 화성의 고층 대기 수소 상태를 관측하기 위한 기기이다.[170]
화성용 메탄 센서(MSM)2.94kg
|80px]]		화성 대기에 메탄이 있다면, 메탄을 측정하고, 그 발생원을 수십 ppb(parts-per-billion)의 정확도로 지도화하기 위한 것이었다.[54] 화성 궤도 진입 후, 이 기기는 작동 상태가 양호했지만 설계 결함이 있어 화성에서 메탄을 구별할 수 없다는 것이 밝혀졌다. 이 기기는 1.65 um에서 화성 알베도를 정확하게 지도화할 수 있다.[57][58] 탐사선이 화성 표면에 도달하는 태양광의 반사광을 관측하여 화성 대기 중에 포함된 메탄의 흡광을 조사하고, 이를 통해 화성 대기의 메탄을 검출한다.[170]
표면 영상 연구
열 적외선 영상 분광계(TIS)3.20kg
|80px]]		TIS는 열 방출을 측정하며, 낮과 밤 모두 작동할 수 있다. 화성의 표면 조성과 광물학을 지도화하고, 대기 및 혼탁도(MSM 데이터 보정에 필요)를 모니터링한다. TIS는 화성의 표면 조성과 광물학을 지도화할 수 있다.[48] 태양에 의해 가열되어 화성 표면에서 방출되는 적외선의 상태를 조사한다. 이를 통해 화성 표면에 존재하는 광물을 간접적으로 알 수 있는 단서를 얻을 수 있다.[170]
화성 컬러 카메라(MCC)1.27kg
|80px]]		이 3색 카메라는 화성 표면의 특징과 조성에 대한 이미지와 정보를 제공한다. 먼지 폭풍/대기 혼탁도와 같은 화성의 역동적인 현상과 날씨를 모니터링하는 데 유용하다. MCC는 또한 화성의 두 위성인 포보스와 데이모스를 탐사하는 데 사용된다. MCC는 다른 과학 탑재체에 대한 컨텍스트 정보를 제공한다.[48] 화성 표면을 가시광선으로 촬영한다.
입자 환경 연구
화성 대기권 중성 입자 분석기(MENCA)3.56kg
|80px]]		이 기기는 1–300 amu (원자 질량 단위) 범위의 입자 중성 조성을 단위 질량 분해능으로 분석할 수 있는 사중극자 질량 분석기이다. 이 탑재체의 유산은 찬드라얀-1 임무의 달 충돌 프로브(MIP)에 탑재된 찬드라의 고도 조성 탐사기(CHACE) 탑재체에서 비롯되었다.[48] 탐사선이 화성을 회전하는 궤도까지 떠다니는 화성 대기 성분에 대해 질량 분석을 수행한다.[170]


6. 임무 프로필

wikitext

작전 타임라인
단계날짜사건세부 정보결과참고 자료
지구 중심 단계2013년 11월 5일 09:08 UTC발사연소 시간: 5단계에서 15분 35초원지점: 23550 km[80]
2013년 11월 6일 19:47 UTC궤도 상승 기동연소 시간: 416초원지점: 28825 km[88]
2013년 11월 7일 20:48 UTC궤도 상승 기동연소 시간: 570.6초원지점: 40186 km[89][90]
2013년 11월 8일 20:40 UTC궤도 상승 기동연소 시간: 707초원지점: 71636 km[3][91]
2013년 11월 10일 20:36 UTC궤도 상승 기동불완전 연소원지점: 78,276 km[92]
2013년 11월 11일 23:33 UTC궤도 상승 기동 (보조)연소 시간: 303.8초원지점: 118642 km[89]
2013년 11월 15일 19:57 UTC궤도 상승 기동연소 시간: 243.5초원지점: 192874 km[89][82]
2013년 11월 30일 19:19 UTC화성 전이 궤도연소 시간: 1328.89초태양 중심 삽입[65]
태양 중심 단계2013년 12월 – 2014년 9월화성으로 가는 중 – 탐사선은 화성에 도달하기 위해 태양 주위를 호만 전이 궤도로 780,000,000 km를 이동했다.[35] 이 단계 계획에는 필요에 따라 최대 4번의 궤도 수정이 포함되었다.[66][67][68][69][70]
2013년 12월 11일 01:00 UTC1차 궤도 수정연소 시간: 40.5초성공[89][68][69][70]
2014년 4월 9일2차 궤도 수정 (예정)불필요2014년 6월 11일로 재조정[67][70][71][72][73]
2014년 6월 11일 11:00 UTC2차 궤도 수정연소 시간: 16초성공[71][74]
2014년 8월3차 궤도 수정 (예정)불필요[71][75][67][70]
2014년 9월 22일3차 궤도 수정연소 시간: 4초성공[67][70][76]
화성 중심 단계2014년 9월 24일화성 궤도 진입연소 시간: 1388.67초성공[3]



6. 1. 발사



인도우주연구기구(ISRO)는 지구 정지 궤도 위성 발사체(GSLV)의 잦은 실패와 극저온 엔진 문제로[77][78] 극궤도 위성 발사체(PSLV)로 발사 계획을 변경했다.[77] 당초 2013년 10월 28일 발사 예정이었으나, 기상 악화로 인해 피지로 향하던 원격 측정 선박이 지연되어 2013년 11월 5일로 연기되었다.[2]

2013년 11월 5일 09:50 UTC, 사티시 다완 우주 센터에서 PSLV-XL 로켓을 사용하여 발사되었다.[32] 발사 후, 망갈리얀은 근지점 264.1 km, 원지점 23903.6 km, 경사각 19.20도의 지구 저궤도에 성공적으로 진입했다.[80] 이후 안테나와 태양 전지판이 정상적으로 작동했으며,[81] 세 번의 궤도 상승 작전 동안 우주선 시스템을 점진적으로 테스트했다.[82]

탐사선은 모노메틸하이드라진과 사산화이질소를 이중 추진제로 사용하는 주 엔진을 통해 지구 탈출 속도에 필요한 추력을 얻었다.[85]

이후, 여러 차례의 궤도 수정을 거쳐 2013년 12월 1일, 지구 궤도를 이탈하여 화성으로 향하는 전이 궤도에 진입했다.[156]

6. 2. 궤도 상승 기동

망갈리얀은 2013년 11월 6일부터 16일까지 총 6회의 궤도 상승 기동을 수행했다.[87] 궤도 상승은 ISRO 텔레메트리, 추적 및 명령 네트워크(ISTRAC)의 벵갈루루 페냐에 위치한 우주선 통제 센터(SCC)에서 수행되었다.[87]

  • 2013년 11월 6일 19:47 UTC, 440 N 액체 엔진을 416초 동안 점화하여 첫 번째 궤도 상승 기동을 수행, 원지점을 28,825 km, 근지점을 252 km로 상승시켰다.[88]
  • 2013년 11월 7일 20:48 UTC, 570.6초 연소로 두 번째 궤도 상승 기동을 수행, 원지점을 40,186 km로 상승시켰다.[89][90]
  • 2013년 11월 8일 20:40 UTC, 707초 연소로 세 번째 궤도 상승 기동을 수행, 원지점을 71,636 km로 상승시켰다.[3][91]
  • 2013년 11월 10일 20:36 UTC에 시작된 네 번째 궤도 상승 기동은 부분적인 성공에 그쳤다. 모터의 부족 연소로 인해 계획된 135 m/s 대신 35 m/s의 델타-v를 부여, 원지점은 계획된 100,000 km 대신 78,276 km로 상승했다.[92][93]
  • 2013년 11월 12일, 보조 기동을 통해 원지점을 118,642 km로 상승시켜, 네 번째 기동에서 목표했던 고도에 도달했다.[89][82]
  • 2013년 11월 15일 19:57 UTC, 마지막 궤도 상승 기동으로 원지점을 192,874 km로 상승시켰다.[89][94]

인도가 지구 중심 단계에서 화성 컬러 카메라(MCC)로 촬영한 모습


화성 궤도 탐사선 발사

6. 3. 화성 전이 궤도 진입

2013년 11월 30일 19시 19분(UTC)에 23분간 엔진을 점화하여 망갈리얀이 지구 궤도를 떠나 화성을 향하는 전이 궤도에 진입했다.[20] 이 탐사선은 화성에 도달하기 위해 780,000,000 km의 거리를 이동했다.[95]

2013년 11월 5일 사티시 다완 우주 센터에서 PSLV-XL 로켓을 사용하여 발사된 망갈리얀은, 근지점 252 km, 원지점 28,825 km의 타원 궤도에 진입했다.[156] 이후 재시도 1회를 포함한 총 6회의 추력기 분사를 순차적으로 수행하여, 11월 16일에는 원지점 고도를 192,874 km로 끌어올렸다. 12월 1일, 22분간 추력기를 분사하여 가속, 지구 궤도를 이탈하여 화성으로 향하는 전이 궤도에 진입했다.[156]

6. 4. 궤도 수정 기동

망갈리얀은 당초 4번의 궤도 수정 기동(TCM)이 계획되었지만, 3번만 수행되었다.[67] 2013년 12월 11일 01:00 UTC에 22 뉴턴(N) 추력기를 40.5초 동안 점화하여 첫 번째 궤도 수정 기동이 수행되었다.[89][96] 이후 탐사선이 설계된 궤도를 매우 정확하게 따라가 2014년 4월로 계획된 궤도 수정 기동은 필요하지 않았다. 2014년 6월 11일 11:00 UTC에 22 뉴턴 추력기를 16초 동안 점화하여 두 번째 궤도 수정 기동이 수행되었다.[97] 세 번째 궤도 수정은 2014년 9월 22일에 3.9초 동안 진행된 감속 시험이었다.[76]

6. 5. 화성 궤도 진입



망갈리얀은 2014년 9월 24일 화성 궤도 진입에 성공했다.[166][167] 이는 미국 항공우주국(NASA)의 MAVEN 궤도선 도착 약 2일 뒤였다.[100] 궤도 진입에 앞서, 440 N 액체 아포지 모터는 2014년 9월 22일 09:00 (UTC)에 3.968초 동안 시험 발사되었다.[99][101][102]

날짜시간 (UTC)이벤트
2014년 9월 23일10:47:32위성 통신, 중간 게인 안테나로 전환
2014년 9월 24일01:26:32감속 연소를 위한 전방 회전 시작
01:42:19일식 시작
01:44:32자세 제어 기동, 추력기로 수행
01:47:32액체 아포지 모터 점화 시작
02:11:46액체 아포지 모터 점화 종료



이러한 사건들 이후, 우주선은 감속 연소로부터 재정렬하기 위해 반대 기동을 수행했고, 화성 궤도에 진입했다.[103][104]

궤도 진입 성공으로 인도는 아시아에서 처음으로 탐사선을 화성에 도달시킨 국가가 되었다.[168][169] 같은 날 8시에는 안테나가 지구 방향을 향하고 있는 것이 확인되어 지구와의 교신을 확보했다. 탐사선은 화성 상공 7.3 km에서 지표를 촬영한 사진을 전송했고, 인도 우주 연구 기구(ISRO)는 트위터 공식 계정을 통해 이를 공개했다.[157][158]

7. 성과

7. 1. 관측 자료

MSM 데이터로부터 얻은 전역 SWIR 겉보기 알베도 지도


화성 대기 중성 입자 분석기(MENCA)는 화성 외기권의 아르곤-40 고도 프로파일을 보고했다.[105][106][107] MENCA의 관측 결과, 고도 250km에서 아르곤 입자 밀도의 상한선은 약 5 x 105/cm3이며, 스케일 높이는 약 16km, 외기권 온도는 약 275K였다. 그러나 일부 궤도에서는 스케일 높이가 증가하여 유효 온도가 400K 이상으로 나타났다. 이는 MAVEN의 관측 결과와도 일치하며, 화성 외기권에 상당한 초열적 이산화 탄소와 아르곤이 분포함을 보여준다.[105][106][107]

화성 메탄 센서(MSM)의 데이터를 기반으로 화성의 전역 겉보기 단파 적외선 (SWIR) 알베도 지도가 작성되었다.[108][109] 알베도가 0.4보다 큰 지역은 타르시스 고원, 아라비아 테라, 엘리시움 평원 등 먼지로 덮인 표면이며, 0.15 미만의 낮은 알베도는 시르티스 메이저 평원, 데달리아 평원, 밸리스 마리네리스, 아시달리아 평원 등 현무암질 표면과 관련 있다.[108] 시르티스 메이저 평원의 경우, 먼지 활동으로 인해 알베도가 급증하는 현상이 관측되기도 했다.[108] 이는 바이킹 IRTM의 관측 결과와도 일치한다.[110]

MENCA는 또한 화성 외기권의 주요 구성 성분인 이산화 탄소, 질소 분자 및 일산화 탄소, 원자 산소의 고도 프로파일을 제공했다.[111][112] 저녁 시간에 이산화 탄소 밀도는 고도에 따라 감소하며, amu 28의 수 밀도는 낮은 고도에서는 이산화 탄소와 비슷하지만 275km 이상에서는 이를 초과한다. 원자 산소 수 밀도는 270km 이상에서 이산화 탄소의 수 밀도를 초과하며, 335km 이상에서는 원자 산소가 이산화 탄소보다 훨씬 풍부하다. 이러한 관측은 열 탈출 모델에 중요한 데이터를 제공한다.[111][113]

전파 엄폐 실험을 통해 태양 코로나 연구가 수행되었다.[114][112] 망갈리얀의 S-밴드 다운링크 신호를 이용하여 태양 코로나 영역을 통과하는 전파 신호를 관측했다. 이를 통해 헬리오 중심 거리에 따른 난류 스펙트럼의 변화를 분석하여 태양풍 가속 영역에 대한 정보를 얻을 수 있었다.[114][115]

다운링크 신호의 주파수 변동 스펙트럼


화성 궤도 카메라(MCC)와 MOLA 데이터를 활용하여 바리스 마리네리스의 대기 광학 깊이 (AOD)를 계산했다.[116] 북쪽 벽에서는 고도에 따라 AOD가 감소하는 경향을 보였지만, 남쪽 벽에서는 산의 바람받이 쪽에 생성되는 리파 구름의 영향으로 AOD가 거의 일정하게 유지되는 현상이 관측되었다.[116][117]

7. 2. 임무 연장 및 종료

망갈리얀은 2015년 3월 24일, 화성 궤도에서의 초기 6개월 임무를 완료한 후 임무를 6개월 더 연장했다.[124] 궤도선에는 의 추진제가 남아 있었고, 5개의 과학 장비 모두 제대로 작동하고 있었다.[124] 보도에 따르면 궤도선은 남아 있는 추진제로 수년 동안 화성 궤도를 계속 돌 수 있었다.[125]

2015년 6월 6일부터 22일까지 17일간의 통신 두절이 발생했는데, 이는 화성이 지구의 시야에서 태양 뒤로 이동했기 때문이다.[48] 2016년 5월 18일부터 30일까지도 지구와 태양이 화성 사이에 위치하면서 통신 장애가 발생했다.[129]

2017년 1월 17일, ISRO는 다가오는 일식 시즌을 피하기 위해 망갈리얀의 궤도를 변경했다.[130] 8개의 22 N 추력기를 431초 동안 연소하여 2017년 9월까지 일식을 피했다.[130]

2019년 9월 24일, 망갈리얀은 화성 궤도에서 5주년을 맞이했으며, 2테라바이트의 이미징 데이터를 전송했다.[133]

2022년 10월, ISRO는 2022년 4월에 망갈리얀과의 통신이 두절되었음을 발표했다. ISRO는 우주선이 자세 제어 추진제를 소진했을 가능성이 높고, 따라서 복구할 수 없다고 밝혔다.[26][25][24] 당초 예상했던 6개월을 훨씬 넘은 8년 동안 임무를 수행했다.[159][160]

8. 대중 문화

2019년 힌두어 영화 미션 망갈은 인도의 화성 탐사선에 느슨하게 기반을 두고 있다.[147][148] 미션 오버 마스라는 웹 시리즈는 인도의 화성 탐사선에 느슨하게 기반을 두고 있다.[149][150] 2019년에 온라인으로 출시된 ''스페이스 맘스''는 인도의 화성 탐사선을 기반으로 제작되었다.[151] ''미션 마스: 킵 워킹 인디아''는 2018년에 개봉된 인도의 화성 탐사선을 기반으로 한 단편 영화이다.[152][153] 인도는 영화 제작도 활발한 지역 중 하나이며, 본 미션의 실현 과정을 인도에서 '미션 망갈'(원제: Mission Mangal)이라는 영화로 제작되어 2019년에 개봉되었다.[162][163] 일본에서는 2021년에 개봉되었다.

9. 한국에 주는 의의

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