다빈치+

1. 개요

다빈치+는 미국 항공우주국(NASA)의 금성 탐사 계획으로, 금성 대기의 기원과 진화, 과거 금성에 존재했을 가능성이 있는 물의 흔적 등을 탐구하는 것을 목표로 한다. 2015년 디스커버리 계획의 후보로 제안되었으나, 이후 다빈치+로 이름이 변경되어 2021년 최종 선정되었으며, 2028년에서 2030년 사이에 발사될 예정이다. 금성 대기 질량의 하위 2/3 지점에서 직접 측정을 수행하며, 금성 질량 분석기(VMS), 금성 가변 파장 레이저 분광기(VTLS), 금성 대기 구조 조사 장비(VASI), 금성 하강 이미저(VenDI) 등의 과학 장비를 탑재할 예정이다.

2. 역사와 제작 배경

다빈치(+)는 2015년 미국 항공우주국(NASA)의 디스커버리 계획에 제안되었으나 루시와 프시케에 밀려 선정되지 못했다. 이후 2019년 다빈치+로 이름이 변경되어 다시 제안되었고, 2021년 6월 VERITAS와 함께 최종 선정되었다.

다빈치 탐사선 개발에는 고더드 우주 비행 센터의 제임스 B. 가빈이 수석 연구원으로 참여했으며, 스테파니 게티와 지아다 아르니가 부 수석 연구원으로 참여했다.

2.1. 초기 제안 (2015)

다빈치는 2015년 미국 항공우주국(NASA)의 디스커버리 계획 13번째 미션 후보로 제안되었다. NASA는 디스커버리 미션 예산으로 450를 배정했다. 2015년 9월 30일, 5개의 최종 후보 중 하나로 선정되었으나, 2017년 1월 4일, 루시와 프시케에 밀려 최종 선정되지 못했다.

2.2. 재제안 및 선정 (2019-2021)

2015년, 다빈치는 디스커버리 13의 후보로 NASA에 의해 450 예산을 배정받았다. 2015년 9월 30일, 5개의 후보 중 하나로 선정되었으나, 최종적으로 루시와 프시케가 선정되며 계획은 취소되었다.

2019년, 다빈치는 다빈치+로 이름이 변경되어 디스커버리 프로그램에 다시 제안되었다. 2020년 2월 13일, 가능성 있는 탐사 중 하나로 선정되었고, 2021년 6월 2일, VERITAS와 함께 다음 탐사 임무 중 하나로 최종 선정되었다. 각 임무에는 약 500의 자금이 지원되며, 2028년에서 2030년 사이에 발사될 예정이다.

이 탐사선의 총괄 관리 및 지휘는 Lori Glaze, 제임스 B. 가빈과 고더드 우주 비행 센터가 담당했다.

3. 탐사 목표

베네라 15, 베네라 16, 마젤란, 금성 익스프레스, 아카츠키 등 금성 궤도 탐사선 5기가 원격 관측에 집중한 이후, 다빈치+(DAVINCI)는 1985년 소련 베가 탐사선 이후 처음으로 금성 대기에 진입하는 탐사선이 될 것이며, 1978년 파이오니어 금성 다중 탐사 임무 이후 NASA의 첫 대기 탐사선이 될 것이다. 다빈치+는 대기 질량의 하위 2/3 지점에서 직접적인 측정을 수행할 것이다.

하강 탐사선은 금성 표면에 착륙한 후 작동하도록 설계되지 않았지만, 시속 약 25마일(초당 12미터)의 충격을 견딜 가능성이 있다. 이상적인 조건에서 최대 18분 동안 기기를 계속 작동할 수 있다.

3.1. 대기 탐사

다빈치+(DAVINCI) 과학자들은 금성의 대기가 어떻게 형성되었고 시간이 지남에 따라 어떻게 변화했는지, 그리고 한때 행성에 존재했던 것으로 추정되는 물에 무슨 일이 일어났는지 탐구할 것이다. 이 연구 결과는 과학자들이 왜 금성과 지구가 성장하면서 이렇게 다른 길을 갔는지 이해하는 데 도움이 될 것이며, 암석형 외계 행성 연구에 대한 또 다른 비교 지점을 제공할 것이다.

다빈치+의 대기 현장 측정은 미국 국립 연구 위원회 행성 과학 10개년 조사의 금성 현장 탐사 (VISE)에 대해 현재 공식화된 금성 대기 조성과 관련된 여러 질문에 답할 것이다.

* 금성 대기의 기원을 이해하고, 어떻게 진화해 왔는지, 왜 지구와 화성의 대기와 다른지 그 이유를 파악한다.
* 과거 금성에 바다가 존재했을 가능성과 금성 하부 대기에서 작용하는 화학적 과정을 조사한다.

3.2. 표면 탐사

DAVINCI는 테세라 지형의 고해상도 이미지를 촬영하여 금성의 판 구조론 존재 여부를 평가하고, 지구형 행성의 형성 과정을 더 잘 이해하는 것을 목표로 한다.

4. 과학 장비 (페이로드)

각 장비는 금성 대기 탐사 및 분석에 중요한 역할을 수행한다. 금성 질량 분석기(VMS)는 새로운 대기 성분을 찾고, 금성 가변 파장 레이저 분광기(VTLS)는 동위원소 비율을 측정한다. 금성 대기 구조 조사 장비(VASI)는 대기 구조와 기압을, 금성 하강 이미저(VenDI)는 고해상도 이미지를 제공한다.

4.1. 하강 탐사선 장비

다빈치+(DAVINCI)는 금성의 희가스, 미량 기체 및 그 동위원소, 온도, 압력, 바람, 그리고 영상 촬영을 목표로 하는 탐사선이다. NASA의 최우선 10년 주기 과학 과제를 해결하도록 설계되었다. 하강 탐사선에는 다빈치+의 금성 분석 실험실(VAL) 장비가 탑재되어 탐사선의 하강 전반, 특히 상층 구름과 탐사되지 않은 표면 근처 환경에서 측정을 수행한다. VAL 설계는 큐리오시티 로버에 탑재되어 화성 대기의 화학적 및 동위원소 조성을 측정하고 화성에서 유기물의 첫 번째 결정적 증거를 발견한 화성 표본 분석(SAM) 장비를 기반으로 한다.

하강 탐사선에는 다음과 같은 네 가지 과학 장비가 탑재될 예정이었다.

4.1.1. 금성 질량 분석기 (VMS)

금성 질량 분석기(VMS)는 스펙트럼을 이용하여 금성 대기의 새로운 구성 성분을 밝히는 것이 목적이며, 고더드 우주 비행 센터에서 제작할 예정이었다.

미국 항공우주국(NASA) 고다드 우주 비행 센터(GSFC)에서 제작할 예정인 VMS는 금성에서 불활성 기체와 미량 기체에 대한 최초의 포괄적인 현장 조사를 제공하며, 금성 대기에서 새로운 기체 종을 발견할 수 있는 능력을 갖추고 있다. VMS는 큐리오시티의 사중 극자 질량 분석기(QMS)와 유사하다.

4.1.2. 금성 가변 파장 레이저 분광기 (VTLS)

레이저를 사용하여 금성의 동위원소 비율 등을 측정하는 것이 목적인 장비로, JPL이 제작할 예정이었다. 미국 항공우주국(NASA) 제트 추진 연구소(JPL)에서 제작할 예정이었던 금성 가변 파장 레이저 분광기(VTLS)는 금성의 표적 미량 기체 및 관련 동위원소 비율에 대한 최초의 고감도 현장 측정을 제공하여 상층 구름 및 근지표면 환경의 화학적 과정에 대한 주요 과학적 질문에 답할 것이다. VTLS는 큐리오시티의 가변형 레이저 분광기(TLS)와 유사하다.

4.1.3. 금성 대기 구조 조사 장비 (VASI)

금성 대기 구조 조사 장비(VASI)는 금성 대기의 구조와 역학을 측정하여, 화학 측정 결과의 맥락을 제공하고 탐사선의 하강 궤적을 재구성하는 장비이다. 고더드 우주 비행 센터에서 제작한다. 랄프 로렌츠와 응용물리연구소의 데이브 앳킨슨, 그리고 JPL이 VASI를 이끌며, 탐사선이 금성에 진입하고 하강하는 과정에서 금성 대기의 구조와 역학을 측정할 수 있도록 해준다.

4.1.4. 금성 하강 이미저 (VenDI)

말린 우주 과학 시스템즈(MSSS)에서 제작할 예정이었던 금성 하강 이미저(VenDI)는 하강 지점에서 테세라 지형의 고해상도 이미지를 촬영할 예정이었다. VenDI는 큐리오시티에 장착된 마스트 카메라(Mastcam), 화성 강하 이미저(MarDI) 및 화성 핸드 렌즈 이미저(MAHLI)와 유사한 장비이다.

4.2. 궤도선 장비

궤도선에는 협각 및 광각 모드를 갖춘 다중 분광 카메라가 장착되어 자외선과 1미크론 근적외선 대역에서 금성을 촬영할 예정이다. 이 촬영은 탐사선 배치 전에 두 번의 금성 통과 비행 중에 수행되며, 하강 탐사선을 보완하기 위한 궤도 원격 감지 단계가 뒤따를 것이다.

5. 지원, 개발, 투자

다빈치 탐사 계획에는 다음 기관 및 연구진이 참여한다.

* NASA
* JPL
* 고더드 우주 비행 센터
* 말린 우주 센터
* Lori Glaze 연구팀