마스 글로벌 서베이어
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1. 개요
마스 글로벌 서베이어(MGS)는 미국 항공우주국(NASA)의 화성 탐사선으로, 화성의 표면 특징, 지질 과정, 광물 조성 등을 연구하기 위해 1996년 발사되었다. MGS는 화성의 지형, 중력장, 자기장을 측정하고, 기후와 대기의 변화를 감시하는 임무를 수행했다. 5개의 과학 장비를 탑재하여 고해상도 이미지 촬영, 지형 측정, 열 방출 분광 분석 등을 실시했다. 2006년 통신 두절로 임무가 종료될 때까지, 화성 표면의 층상 지각, 물의 흔적, 회오리바람의 이동 등을 발견하며 화성 연구에 기여했다.
MGS는 주요 임무 기간 동안 다음과 같은 과학적 목표를 달성했다.[7]
덴버의 록히드 마틴 우주공장에서 제작된 마스 글로벌 서베이어(MGS)는 직사각형 상자 모양의 우주선으로, 양쪽에 날개처럼 태양 전지판이 펼쳐져 있다. 발사 당시 무게는 약 1,060kg이었다. 우주선의 주요 구성 요소는 장비 모듈과 추진 모듈로 나뉜다. 장비 모듈에는 우주선의 전자 장치, 과학 기기, 1750A 미션 컴퓨터가 보관되어 있으며, 추진 모듈에는 로켓 엔진과 추진제 탱크가 들어 있다.[13]
2. 목표
MGS는 확장 임무를 통해 다음 목표를 추가로 달성했다.[7]3. 우주선 개요
마스 글로벌 서베이어 임무 개발 및 제작에는 약 1.54억달러, 발사에는 6500만달러가 들었다. 임무 운영 및 데이터 분석 비용은 연간 약 2000만달러이다.[13]
3. 1. 과학 장비
MGS에는 5개의 과학 기기가 탑재되었다:[14]
4. 임무 타임라인
1996년 11월 7일: 케이프 커내버럴에서 델타 II 로켓으로 발사되었다.
1997년 9월 11일: 화성에 도착하여 궤도 탐색을 시작했다.
1999년 4월 1일: 주요 지도 제작 단계를 시작했다.
2001년 2월 1일: 첫 번째 확장 임무 단계를 시작했다.
2002년 2월 1일: 두 번째 확장 임무 단계를 시작했다.
2003년 1월 1일: 중계 임무를 시작했다.
2004년 3월 30일: MGS는 화성 탐사 로봇 스피릿의 첫 85솔(sol, 화성의 하루 단위) 동안의 이동 경로를 보여주는 바퀴 자국과 함께 사진을 찍었다.
2004년 12월 1일: 과학 및 지원 임무를 시작했다.
2005년 4월: MGS는 마스 오디세이 우주선 두 대와 마스 익스프레스 우주선 한 대를 포착하여 지구 이외의 행성 궤도에 있는 또 다른 우주선을 촬영한 최초의 우주선이 되었다.[8]
2006년 10월 1일: 2년간 연장된 임무 단계가 시작되었다.[9]
2006년 11월 2일: 태양 전지판 조정 중 오류가 발생하여 통신이 두절되었다.
2006년 11월 5일: 우주선이 대기 상태임을 나타내는 약한 신호가 감지되었으나, 그날 늦게 신호가 끊겼다.[10]
2006년 11월 21일: NASA는 우주선 운용 종료 가능성을 발표했다.
2006년 12월 6일: NASA는 MGS가 촬영한, 화성에서 물이 여전히 흐른다는 것을 암시하는 새로 발견된 도랑 퇴적물 이미지를 공개했다.
2007년 4월 13일: NASA는 MGS 접속 불가(통신 두절)의 원인에 대한 예비 보고서를 발표했다.[10]
4. 1. 통신 두절
2006년 11월 2일, NASA는 태양 전지판 조정 명령 후 마스 글로벌 서베이어(MGS)와의 통신이 두절되었다고 발표했다. 며칠 뒤, 우주선이 안전 모드로 진입해 추가 지시를 기다리고 있다는 희미한 신호가 수신되었다.[7]2006년 11월 21일과 22일, MGS는 화성 표면의 오퍼튜니티 탐사선과 통신 중계에 실패했다. 화성 탐사 프로그램 매니저 푸쿠 리는 "현실적으로 통신 재확립을 위한 가장 가능성 있는 시도를 모두 했고, MGS의 놀라운 과학적 관측 흐름이 끝났을 가능성에 직면했다"고 말했다.[11]
2007년 4월 13일, NASA는 우주선 시스템 소프트웨어 매개변수 업데이트 결함으로 인해 우주선 손실이 발생했다고 발표했다.[7] 우주선은 시스템 소프트웨어의 동일한 사본 두 개를 보관하도록 설계되었으나, 소프트웨어 업데이트 과정에서 두 명의 운영자가 서로 다른 매개변수를 가진 별도 사본을 업데이트하는 인적 오류가 발생했다. 이로 인해 메모리 결함을 포함하는 수정 업데이트가 이루어져 우주선 손실로 이어졌다.
MGS는 원래 1 화성년(약 2 지구년) 동안 운용될 예정이었으나, 3번의 임무 연장을 통해 장기간 운용되었다. MGS는 약 450km 고도에서 안정적인 원 궤도를 유지했으며, 2047년경 화성 표면에 충돌할 것으로 예상되었다. 이는 미생물에 의한 화성 표면 오염을 방지하기 위함이었다.[12]
5. 에어로브레이킹
MGS는 연료 절약을 위해 에어로브레이킹 기술을 사용했다. 에어로브레이킹은 화성 대기의 저항을 이용하여 우주선의 속도를 줄이고 궤도를 조정하는 기술이다. MGS는 처음에 45시간 주기의 매우 타원 궤도에 진입했는데, 이 궤도는 근점(화성에 가장 가까운 지점)이 북반구 상공 262 km, 원점(화성에서 가장 먼 지점)이 남반구 상공 54,026 km였다.[14]
궤도 진입 후, MGS는 궤도 근점을 약 110km 고도의 화성 대기 상층부로 낮추는 일련의 궤도 변경을 수행했다.[19] 대기권을 통과할 때마다 대기 저항으로 인해 속도가 느려졌고, 이로 인해 궤도의 고점(원점)이 낮아졌다. MGS는 4개월에 걸쳐 이 에어로브레이킹 기술을 사용하여 궤도의 고점을 54,000km에서 450km 부근 고도로 낮출 계획이었다.
하지만 발사 직후 손상된 태양 전지판 중 하나가 대기압으로 인해 뒤로 구부러지는 문제가 발생했다. 이로 인해 1998년 5월부터 11월까지 에어로브레이킹이 일시 중단되었다.[14] 이 기간 동안 궤도는 태양에 대한 적절한 위치로 이동했으며, 태양 전지판을 최적으로 사용할 수 있게 되었다. 또한, 이 기간 동안에도 과학 장비들은 작동하여 많은 데이터를 수집했다.[14] 포보스와 세 번의 가까운 만남을 통해 데이터를 수집하기도 했다.[20]
1998년 11월부터 1999년 3월까지 에어로브레이킹이 재개되어 궤도의 고점을 450km까지 낮췄다.[19] 이 고도에서 MGS는 화성 주위를 2시간마다 한 바퀴 돌았다.
6. 임무 결과
MGS는 평균 378km 고도에서 117.65분마다 화성을 한 바퀴 돌았다. 극에 가까운 궤도(경사각 93°)를 통해 1시간이 채 안 되어 남극에서 북극으로 이동했다. 이 고도는 궤도를 태양 동기 궤도로 만들기 위해 선택되었으며, 이에 따라 다른 날짜에 동일한 표면을 촬영한 모든 이미지는 동일한 조명 조건에서 촬영되었다. 각각의 궤도 후에, 우주선은 화성이 그 아래에서 회전했기 때문에 서쪽으로 28.62° 이동한 지점을 보았다. MGS는 태양과 같은 속도로 한 시간대에서 다음 시간대로 이동했기 때문에 항상 14:00시였다. 7 솔과 88 궤도 후, 우주선은 동쪽으로 59km 이동하여 이전 경로를 대략적으로 따라갔다. 이를 통해 화성 표면 전체를 촬영할 수 있었다.[14]
확장 임무에서 MGS는 롤과 피치 기동을 통해 천저에서 벗어난 영상을 얻었다. ROTOs(Roll Only Targeting Opportunities)라고 불리는 롤 기동은 우주선을 지상에서 왼쪽 또는 오른쪽으로 굴려 천저에서 30°까지 영상을 촬영했다. 우주선과 행성 사이의 상대적인 움직임을 보상하기 위해 피치 조작이 추가되었다. 이를 CPROTO(Compensation Pitch Roll Targeting Opportunity)라고 불렀으며, 탑재된 MOC(화성 궤도 카메라)에 의한 고해상도 영상 촬영이 가능했다.[21]
이 외에도, MGS는 다른 우주선이나 포보스와 같은 화성의 달 궤도를 도는 다른 물체의 사진을 찍을 수 있었다. 1998년에 MOC 이미지 55103에서 발견된 포보스 모놀리스를 촬영했다.[22] 
MGS의 주요 발견은 다음과 같다.
- 화성은 10km 이상의 깊이에 층상 지각을 가지고 있으며, 이러한 층을 만들기 위해서는 많은 양의 물질이 풍화, 운반 및 퇴적되어야 했다.[14]
- 북반구는 남반구만큼 많은 충돌구가 있지만, 대부분 매몰되어 있다.[14] 충돌 크레이터와 같은 많은 특징들이 과거에 매몰되었다가 최근에 발굴되었다.[14]
- 화성의 넓은 지역은 맨틀로 덮여 있으며, 맨틀은 때때로 매끄럽고 때로는 움푹 패여 있다. 이 구덩이는 매몰된 얼음이 승화(얼음이 직접 증기로 변화)하여 물이 빠져나가기 때문이라고 추정된다.[14]
- 일부 지역은 적철석이 풍부한 물질로 덮여 있으며, 이는 과거에 액체 상태의 물에 의해 놓였을 가능성이 있다.[24]
- 검은 줄무늬는 거대한 회오리바람에 의해 발생하며, 줄무늬의 변화가 자주 관찰되었다.[25]
- 남극 잔류 얼음 덮개에는 스위스 치즈와 같은 구멍이 존재하며, 이 구멍이 매년 커지는 현상이 관측되었다.[26]
- 열 방출 분광계(TES)는 화성의 기후가 과거보다 차가워졌으며, 표면 대부분이 화산암으로 덮여 있음을 밝혀냈다.[30]
- 일부 지역에서는 집 크기만 한 바위 수백 개가 발견되었으며, 이는 화산 활동으로 형성되었을 가능성을 제시한다.[31]
- 수천 개의 어두운 경사면 줄무늬가 관측되었으며, 이는 먼지 사태로 인한 것으로 추정되나 물의 관여 가능성도 제기되었다.[31][32]
- MGS 데이터는 렌즈-티링 효과(회전하는 질량 주위의 시험 입자 궤도면 세차 운동)를 검증하는 데 사용되었다.[33][34]
- 액체 상태의 물에 의해 형성된 것으로 추정되는 수백 개의 도랑이 발견되었으며,[35][36][37] 지속적인 유체 흐름을 나타내는 내부 수로가 발견되었다(나네디 계곡, 니르갈 계곡).[31]
- 1999년에서 2001년 사이에 화성에 물이 흘렀음을 보여주는 증거 사진이 공개되었다.[38]
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6. 1. 지도 제작
MGS는 평균 378km 고도에서 117.65분마다 화성을 한 바퀴 돌았다. 극에 가까운 궤도(경사각 93°)를 통해 1시간이 채 안 되어 남극에서 북극으로 이동했다. 이 고도는 궤도를 태양 동기 궤도로 만들기 위해 선택되었으며, 이에 따라 다른 날짜에 동일한 표면을 촬영한 모든 이미지는 동일한 조명 조건에서 촬영되었다. 각각의 궤도 후에, 우주선은 화성이 그 아래에서 회전했기 때문에 서쪽으로 28.62° 이동한 지점을 보았다. MGS는 태양과 같은 속도로 한 시간대에서 다음 시간대로 이동했기 때문에 항상 14:00시였다. 7 솔과 88 궤도 후, 우주선은 동쪽으로 59km 이동하여 이전 경로를 대략적으로 따라갔다. 이를 통해 화성 표면 전체를 촬영할 수 있었다.[14]확장 임무에서 MGS는 롤과 피치 기동을 통해 천저에서 벗어난 영상을 얻었다. ROTOs(Roll Only Targeting Opportunities)라고 불리는 롤 기동은 우주선을 지상에서 왼쪽 또는 오른쪽으로 굴려 천저에서 30°까지 영상을 촬영했다. 우주선과 행성 사이의 상대적인 움직임을 보상하기 위해 피치 조작이 추가되었다. 이를 CPROTO(Compensation Pitch Roll Targeting Opportunity)라고 불렀으며, 탑재된 MOC(화성 궤도 카메라)에 의한 고해상도 영상 촬영이 가능했다.[21]
이 외에도, MGS는 다른 우주선이나 포보스와 같은 화성의 달 궤도를 도는 다른 물체의 사진을 찍을 수 있었다. 1998년에 MOC 이미지 55103에서 발견된 포보스 모놀리스를 촬영했다.[22]
6. 2. 주요 발견
화성은 10km 이상의 깊이에 층상 지각을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 층을 만들기 위해서는 많은 양의 물질이 풍화, 운반 및 퇴적되어야 했다.[14]| -- |
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북반구는 남반구만큼 많은 충돌구가 있지만, 대부분 매몰되어 있다.[14] 충돌 크레이터와 같은 많은 특징들이 과거에 매몰되었다가 최근에 발굴되었다.[14]
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화성의 넓은 지역은 맨틀로 덮여 있으며, 맨틀은 때때로 매끄럽고 때로는 움푹 패여 있다. 이 구덩이는 매몰된 얼음이 승화(얼음이 직접 증기로 변화)하여 물이 빠져나가기 때문이라고 추정된다.[14]
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일부 지역은 적철석이 풍부한 물질로 덮여 있다. 이 적철석은 과거에 액체 상태의 물에 의해 놓였을 가능성이 있다.[24] 검은 줄무늬는 거대한 회오리바람에 의해 발생하며, 줄무늬의 변화가 자주 관찰되었다.[25]
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남극 잔류 얼음 덮개에는 스위스 치즈와 같은 구멍이 존재하며, 이 구멍이 매년 커지는 현상이 관측되었다.[26]
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열 방출 분광계(TES)는 화성의 기후가 과거보다 차가워졌으며, 표면 대부분이 화산암으로 덮여 있음을 밝혀냈다.[30]
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일부 지역에서는 집 크기만 한 바위 수백 개가 발견되었으며, 이는 화산 활동으로 형성되었을 가능성을 제시한다.[31]
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수천 개의 어두운 경사면 줄무늬가 관측되었으며, 이는 먼지 사태로 인한 것으로 추정되나 물의 관여 가능성도 제기되었다.[31][32]
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MGS 데이터는 렌즈-티링 효과(회전하는 질량 주위의 시험 입자 궤도면 세차 운동)를 검증하는 데 사용되었다.[33][34] 액체 상태의 물에 의해 형성된 것으로 추정되는 수백 개의 도랑이 발견되었으며,[35][36][37] 지속적인 유체 흐름을 나타내는 내부 수로가 발견되었다(나네디 계곡, 니르갈 계곡).[31] 1999년에서 2001년 사이에 화성에 물이 흘렀음을 보여주는 증거 사진이 공개되었다.[38]
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7. 갤러리
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