매리너 계획

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1. 개요
2. 계획 초기
3. 매리너 탐사선
참조

1. 개요

매리너 계획은 1960년 미국 제트추진연구소(JPL)에서 시작된 소규모 행성 탐사 프로젝트이다. 아틀라스 발사체와 심우주 네트워크 개발을 시험하는 기회로 활용되었으며, 1962년 매리너 2호의 금성 근접 비행 성공을 시작으로 여러 탐사선을 발사했다. 금성, 화성, 수성을 탐사하며, 궤도 진입, 중력 보조 궤도 활용 등 우주 탐사 기술 발전에 기여했다. 매리너 10호를 마지막으로 계획이 종료되었고, 이후 보이저 계획으로 대체되었다.

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매리너 계획
개요
매리너 2호
유형	우주 탐사 프로그램
국가	미국
운영 기관	NASA
임무 기간	1962년 ~ 1973년
이전	레인저 계획
이후	바이킹 계획
목적
목표	행성 탐사
주요 대상	금성 화성 수성
임무
매리너 1호	금성 탐사 (실패)
매리너 2호	금성 탐사 (성공)
매리너 3호	화성 탐사 (실패)
매리너 4호	화성 탐사 (성공)
매리너 5호	금성 탐사 (성공)
매리너 6호	화성 탐사 (성공)
매리너 7호	화성 탐사 (성공)
매리너 8호	화성 탐사 (실패)
매리너 9호	화성 탐사 (성공)
매리너 10호	금성, 수성 탐사 (성공)
특징
주요 성과	최초의 행성 근접 통과 금성 및 화성의 표면 온도 측정 화성 표면의 사진 촬영 수성의 자기장 발견

2. 계획 초기

매리너 계획은 1960년에 제트추진연구소(JPL)에서 가까운 행성을 꾸준히 탐사하기 위한 소규모 연구로 시작되었다. JPL은 이 계획을 통해 곧 사용될 아틀라스 발사체와 당시 개발 중이던 '심우주 계측 시설'(Deep Space Instrumentation Facility^eng)의 성능을 시험하고자 했다. 이 시설은 나중에 딥 스페이스 네트워크(DSN, Deep Space Network^eng)로 이름이 바뀌었으며, 심우주 탐사선과 통신하기 위한 전 세계적인 지상국 네트워크이다.^[1]

탐사선의 이름은 1960년 5월, 당시 '달과 행성 프로그램' 부국장이었던 에드거 코르라이트(Edgar M. Cortright)의 제안으로 정해졌다.^[3] 달 탐사선들이 육지 탐사의 의미를 담아 '개척자' 등으로 불렸던 것과 비슷하게, 행성 탐사선은 "멀고 먼 땅을 여행"하는 느낌을 주기 위해 항해 용어에서 이름을 따왔다. '매리너'(선원)라는 이름 외에도 레인저, 서베이어, 바이킹 등의 탐사선 이름이 이러한 배경에서 결정되었다.^[22]^[3]

각 매리너 탐사선에는 태양을 향하는 태양 전지판과 지구를 향하는 접시 안테나가 탑재되었다. 또한, 다양한 과학 장비가 실렸는데, 예를 들어 탐사 대상 천체를 촬영하는 카메라나 자기장 및 하전 입자 현상을 관측하는 기기 등이 있었다.^[18]^[1] JPL 엔지니어들은 매리너 탐사선을 다른 우주 탐사선들과 달리 회전하지 않도록 3축 안정화 방식으로 설계했다.^[1]

당시 로켓 발사의 성공률이 높지 않았기 때문에, 각 매리너 임무는 만일의 실패에 대비하여 동일한 탐사선 두 대를 각각 다른 로켓에 실어 발사하도록 계획되었다. 실제로 매리너 1호, 매리너 3호, 매리너 8호는 발사 과정에서 소실되었으나, 함께 준비된 백업 탐사선은 성공적으로 발사되었다. 이후 목적지 행성으로 비행하거나 과학 임무를 완료하기 전에 손실된 매리너 탐사선은 없었다.^[1]

3. 매리너 탐사선

윌리엄 하워드 피커링(William H. Pickering) 박사(가운데)는 1963년 존 F. 케네디 대통령에게 매리너 2호 우주선 모형을 전달한다. 제임스 E. 웹(James E. Webb) 미국 항공우주국(NASA) 국장이 매리너 모형 바로 뒤에 서 있다.

모든 매리너 탐사선은 육각형 또는 팔각형의 위성 버스를 기반으로 제작되었다. 이 버스에는 안테나, 카메라, 추진 장치, 전원 등 모든 전자 장치와 부가 장비들이 탑재되었다. 예외적으로 매리너 2호는 레인저 계획의 달 탐사선을 기반으로 설계되었다. 매리너 10호를 제외한 모든 매리너 탐사선은 전력 공급을 위해 4개의 태양 전지판을 사용했다. 또한, 매리너 1호, 매리너 2호, 매리너 5호를 제외한 모든 탐사선에는 TV 카메라가 장착되었다.

초기 5대의 매리너 탐사선은 아틀라스-아제나 로켓으로 발사되었고, 이후 5대는 아틀라스-센타우르 로켓을 이용했다. 매리너 10호 이후 매리너 설계를 기반으로 한 탐사선들은 타이탄 IIIE, 무인 타이탄 IV 로켓 또는 고체 연료 관성 상단 로켓(Inertial Upper Stage) 및 우주 왕복선을 이용해 발사되었다.

매리너 탐사선들은 모두 비교적 작은 크기의 로봇 탐사선으로, 자체 추진체를 제외한 무게는 0.5ton 미만이었다. 각 탐사 임무는 보통 몇 개월에서 1~2년 사이에 완료되었으나, 일부 탐사선은 원래 임무 기간보다 훨씬 긴 3년 동안 유용한 과학 데이터를 계속 전송하기도 했다.^[1]

우주선	질량^[1]	운반 로켓	발사 날짜^[4]	최종 교신	목적지	임무	결과	비고
마리너 1호(Mariner 1) (P-37)	203kg	Atlas-LV3 Agena-B	1962년 7월 22일	1962년 7월 22일 (파괴)	금성	근접 비행	실패	궤도 진입 실패; 유도 시스템 오류로 사거리 안전 장치에 의해 파괴됨^[5]
마리너 2호(Mariner 2) (P-38)	203kg	Atlas-LV3 Agena-B	1962년 8월 27일	1963년 1월 3일 7:00 UT^[6]	금성	근접 비행	성공	1962년 12월 14일, 금성 최초 근접 비행 성공 및 데이터 전송.^[7] 마리너 1호의 복제본.
마리너 3호(Mariner 3)	261kg	Atlas LV-3 Agena-D	1964년 11월 5일	1964년 11월 5일	화성	근접 비행	실패	페이로드 페어링 분리 실패로 임무 실패.
마리너 4호(Mariner 4)	261kg	Atlas LV-3 Agena-D	1964년 11월 28일	1967년 12월 21일	화성	근접 비행	성공	1965년 7월 15일, 화성 최초 근접 비행 성공. 마리너 3호의 복제본.
마리너 5호(Mariner 5)	245kg	Atlas SLV-3 Agena-D	1967년 6월 14일	1967년 12월 4일 (1968년 10월 14일 잠시 재교신^[8]^[9])	금성	근접 비행	성공	1967년 10월 19일 근접 비행, UTC 17:34:56에 최단 접근.^[10] 금성의 자기장과 다양한 방출을 측정하도록 설계됨.
마리너 6호(Mariner 6)	413kg	Atlas SLV-3C Centaur-D	1969년 2월 25일	1970년 12월 23일 (운용 중단)	화성	근접 비행	성공	매리너 7호와 쌍둥이 임무 수행.
마리너 7호(Mariner 7)	413kg	Atlas SLV-3C Centaur-D	1969년 3월 27일	1970년 12월 28일 (운용 중단)	화성	근접 비행	성공	매리너 7호와 쌍둥이 임무 수행.
마리너 8호(Mariner 8)	998kg	Atlas SLV-3C Centaur-D	1971년 5월 9일	1971년 5월 9일 (파괴)	화성	궤도선	실패	화성 궤도를 돌며 이미지와 데이터를 반환하도록 설계된 두 개의 탐사선 중 하나. 발사체 고장으로 손실됨.
마리너 9호(Mariner 9)	998kg	Atlas SLV-3C Centaur-D	1971년 5월 30일	1972년 10월 27일^[11]	화성	궤도선	성공^[11]	화성 최초의 인공위성. 1971년 11월 14일에 궤도에 진입하여 516일 후에 비활성화됨. 마리너 8호의 복제본.
마리너 10호(Mariner 10)	433kg	Atlas SLV-3D Centaur-D1A	1973년 11월 3일	1975년 3월 24일^[12]	금성, 수성	근접 비행	성공	수성 최초의 근접 비행이자 마지막 마리너 탐사선 발사. 비행 예비품(백업용)은 제작되었으나 발사되지 않고 스미소니언 협회에 기증되어 국립 항공 우주 박물관에 전시 중.^[13]

3. 1. 매리너 1호와 2호

매리너 1호(P-37)와 매리너 2호(P-38)는 미국 항공우주국(NASA)의 매리너-R 계획의 일부로 개발된 두 대의 심우주 탐사선이었다. 이 프로젝트의 주요 목표는 두 탐사선을 순차적으로 발사하여 금성 근처로 보내고, 탐사선과 통신하며 행성의 방사 온도를 측정하는 것이었다. 부가적인 목표는 금성으로 가는 도중과 금성 근처에서 행성간 자기장 및 입자를 측정하는 것이었다. 두 탐사선 모두 마이크로파 및 적외선 방사계, 우주 먼지 감지기, 태양 플라스마 및 고에너지 방사선 측정기, 자기장 측정기를 탑재했다.

'''매리너 1호'''는 1962년 7월 22일 금성 탐사를 목표로 발사되었으나, 발사체인 아틀라스-아제나 B 로켓의 기술적 문제로 발사 5분도 채 되지 않아 궤도를 이탈했다. 결국 공군 사거리 안전 장교(RSO)에 의해 파괴되어 임무는 실패로 끝났다.

'''매리너 2호'''는 매리너 1호의 복제 탐사선으로, 질량은 203kg이었다. 문제가 된 프로그램 오류를 수정한 후 1962년 8월 27일에 성공적으로 발사되었다. 매리너 2호는 3개월 반 동안 비행하여 지구 외 다른 행성을 성공적으로 통과(플라이바이)한 최초의 우주선이 되었다.

금성으로 향하는 여정 동안 매리너 2호는 여러 중요한 관측을 수행했다. 처음으로 태양풍(태양 표면에서 지속적으로 흘러나오는 하전 입자의 흐름)을 측정했으며, 예상했던 것보다 훨씬 희박한 행성간 먼지를 관측했다. 또한 태양계 외부에서 오는 우주 방사선과 몇 차례의 태양 플레어를 포함한 태양의 고에너지 하전 입자를 감지했다.

1962년 12월 14일, 매리너 2호는 금성을 통과하면서 적외선 및 마이크로파 방사계로 행성을 관측했다. 이 관측을 통해 금성이 차가운 구름층 아래에 극도로 뜨거운 표면을 가지고 있다는 사실을 밝혀냈다. 금성의 짙고 불투명한 구름 때문에 매리너 2호에는 카메라가 장착되지 않았다.^[1] 임무를 성공적으로 마친 매리너 2호는 현재 태양 중심 궤도에 있다.

3. 2. 매리너 3호와 4호

자매 탐사선인 매리너 3호와 매리너 4호는 화성 근접 비행(플라이바이) 임무를 위해 설계된 동일한 탐사선으로, 각각의 질량은 261kg이었다.^[14]
매리너 3호는 1964년 11월 5일에 발사되었으나, 발사체 상단의 보호 덮개(페어링)가 제대로 분리되지 않는 설계 결함으로 인해 임무에 실패했다.^[1] 이로 인해 태양 전지판이 펼쳐지지 못했고, 탐사선은 내장 배터리 전력 소진 후 작동을 멈춰 화성에 도달하지 못했다. 매리너 3호는 디지털 카메라(사진 20장 저장 가능), 각종 탐지기(마이크로파, 적외선, 우주 먼지, 태양 플라즈마, 자기장) 등을 탑재했으며, 실패 후 태양 중심 궤도에 진입했다.^[14]
매리너 4호는 3호의 페어링 문제를 해결하고 1964년 11월 28일 성공적으로 발사되었다.^[1] 1965년 7월 14일과 15일, 인류 최초로 화성 근접 비행에 성공하며 22장의 역사적인 사진을 전송했다.^[14] 이 사진들은 예상보다 옅은 대기, 액체 상태 물의 부재, 그리고 달과 유사하게 충돌구가 많은 화성의 모습을 보여주었다.^[1] 매리너 4호는 설계 수명(8개월)을 훨씬 넘는 약 3년 동안 태양 중심 궤도에서 활동하며 태양풍 등 행성 간 환경 데이터를 수집했고, 1967년에는 매리너 5호(금성 탐사선)와 공동 관측을 수행하기도 했다.^[1] 탑재된 센서는 3호와 거의 동일했으나 방사선 및 우주선 검출기가 추가되었다.^[15] 1967년 12월 21일, 유성진(미소 유성체)의 충돌로 통신이 두절되어 임무가 종료되었으며, 현재는 태양 중심 궤도를 표류하고 있다.^[15]

3. 3. 매리너 5호

매리너 5호는 원래 매리너 4호의 복제판으로 계획되었으나, 매리너 4호 임무가 성공적으로 완료된 후 금성 탐사를 위한 추가 탐사선으로 용도가 변경되었다. 새로운 임무 환경에 맞게 일부 수정을 거쳐 1967년 6월 14일에 성공적으로 발사되었고, 약 4개월 후인 같은 해 10월에 금성에 도착했다.

탐사선은 계획대로 금성 상공을 비행하며 전파를 이용해 금성의 대기를 탐사하고, 자외선으로 밝기를 측정했으며, 금성 주변의 태양 입자와 자기장 변화를 관측하는 임무를 수행했다. 이를 통해 이전 탐사선인 매리너 2호보다 훨씬 더 정확한 금성 관련 정보를 수집하는 데 성공했다.

매리너 5호의 질량은 245kg이며, 다음과 같은 과학 장비들을 탑재했다.

매리너 5호 탑재 장비
장비 종류
자외선 광도계
우주 먼지 센서
태양 플라즈마 측정기
방사선 검출기 (포획된 방사선, 우주선)
자기장 측정기
전파 엄폐 및 천체 역학 실험 장비

임무를 성공적으로 마친 매리너 5호는 현재 작동하지 않으며 태양 중심 궤도에 있다.

3. 4. 매리너 6호와 7호

매리너 6호와 매리너 7호는 화성 탐사를 위해 동일하게 설계된 두 대의 우주 탐사선이다. 이들은 쌍둥이 임무를 수행했는데, 먼저 발사된 매리너 6호의 조사 결과를 활용하여 몇 주 뒤 도착하는 매리너 7호의 탐사 경로를 조정하는 방식으로 협력했다.

매리너 6호는 1969년 2월 24일에 발사되었고, 매리너 7호는 같은 해 3월 27일에 발사되었다. 두 탐사선은 성공적으로 화성 근접 비행 임무를 수행하며 화성의 적도와 남반구 상공을 통과했다.^[16] 이들은 원격 센서를 이용해 화성의 대기와 표면을 분석하고 수백 장의 사진을 촬영하여 지구로 전송했다. 이 과정에서 매리너 6호는 75장의 사진을 성공적으로 촬영했다.

탐사 결과, 지구에서 관측되던 어두운 지역들의 특징을 일부 파악할 수 있었으나, 운하는 발견되지 않았다. 또한 우연히 두 탐사선 모두 분화구가 많은 지역 상공을 지나가면서, 나중에 발견된 거대한 북쪽 화산 지대나 적도의 대협곡 같은 주요 지형은 포착하지 못했다.

매리너 6호 및 7호 제원
구분	내용
화성 근접 비행
413kg
탑재 센서 \|
성공
작동 중지, 태양 중심 궤도에 있음^[16]

3. 5. 매리너 8호와 9호

마리너 8호와 마리너 9호는 화성의 표면을 동시에 지도화하도록 설계된 동일한 쌍둥이 우주선이었다.

먼저 발사된 마리너 8호는 1971년 5월 9일 아틀라스-센타우로스 발사체에 실려 발사되었으나, 발사 282초 후 2단계 로켓의 결함으로 궤도에서 벗어나 대서양에 추락하며 임무에 실패했다.

자매선인 마리너 9호는 같은 해 5월 30일 성공적으로 발사되어, 1971년 11월 화성 궤도에 진입함으로써 지구 이외의 행성 궤도에 진입한 최초의 탐사선이자 화성의 첫 번째 인공위성이 되었다. 마리너 9호의 발사 질량은 998kg으로, 화성 궤도 진입에 필요한 추진체 때문에 이전 모델보다 두 배 가까이 늘어났다.^[1]

마리너 9호의 주요 임무는 이전 화성 탐사선들의 연구를 이어받아 완료하고, 바이킹 1호와 2호의 착륙 지점 선정을 위해 화성 표면 지도를 제작하는 것이었다. 탐사선에는 디지털 기록기가 장착된 광각 및 중각 카메라, 적외선 분광계, 복사계, 자외선 분광계 등이 탑재되었다.^[1] 1969년부터 도입된 간단한 비행 컴퓨터와 디지털 테이프 레코더 덕분에, 화성 도착 당시 행성 전체를 뒤덮고 있던 먼지 폭풍이 가라앉기를 기다렸다가 선명한 표면 이미지를 촬영하여 전송할 수 있었다.^[1] 이를 통해 고품질의 화성 표면 전체 지도를 완성했으며, 화성의 작은 두 위성인 포보스와 데이모스의 첫 근접 사진을 촬영하는 성과도 거두었다.^[1]

연료 고갈로 고도 제어가 불가능해진 마리너 9호는 임무 완료 후에도 화성 궤도에 머물다가, 2022년경 화성 대기권으로 진입하여 파괴될 것으로 예상되었다.^[17]

3. 6. 매리너 10호

매리너 10호는 금성과 수성 탐사를 목표로 1973년 11월 3일 발사되었다.^[1] 처음에는 금성 탐사만을 목적으로 설계되었으나, 금성의 중력 보조(스윙바이)를 이용하면 궤도를 약간만 수정해도 수성까지 도달할 수 있다는 점이 발견되어 계획이 변경되었다. 매리너 10호는 이 방식을 성공적으로 사용하여 행성의 중력을 이용해 궤도를 변경한 최초의 탐사선이 되었다.^[1] 또한 탐사선의 자세 제어 시스템 결함을 보완하기 위해 태양 복사압을 이용하는 태양 돛 개념이 처음으로 활용되기도 했다.

매리너 10호는 금성을 지나 수성으로 향하면서, 두 행성을 가까이에서 탐사한 최초의 우주선이라는 기록을 세웠다. 특히 수성을 방문하여 근접 촬영한 최초의 탐사선이었으며, 2008년 메신저 탐사선이 도착하기 전까지 33년 동안 수성을 탐사한 유일한 우주선이었다. 금성의 중력 보조 덕분에 매리너 10호는 약 6개월 간격으로 수성을 재방문하며 근접 지도를 작성했지만, 수성의 자전 속도가 느려 탐사선이 도착할 때마다 같은 면만 빛을 받고 있어 표면의 절반 정도만 촬영할 수 있었다.^[1]

매리너 10호 탑재 장비 및 실험
장비/실험 종류
디지털 기록기가 있는 중각 카메라
적외선 복사계
자외선 분광계
태양 플라즈마 측정기
하전 입자 측정기
자기장 측정기
전파 엄폐 및 천체 역학 실험

매리너 10호의 임무는 성공적으로 완료되었으며, 현재는 작동이 중단된 상태로 태양 중심 궤도를 돌고 있다.

3. 7. 매리너 11호와 12호 (보이저 계획)

매리너 목성-토성 계획은 여러 우주선을 이용해 모든 외행성을 탐사하려던 그랜드 투어 계획이 취소된 후인 1972년에 승인되었다. 이 계획은 매리너 탐사선을 기반으로 한 두 개의 탐사선을 이용하여 목성과 토성만을 근접 통과하는 축소된 임무를 수행할 예정이었다. 하지만 JPL의 설계자들은 토성 탐사 이후에도 추가적인 탐사가 가능하도록 탐사선을 제작했다.

탐사선의 궤도는 두 가지 시나리오를 고려하여 선택되었다. 첫 번째 탐사선은 목성과 토성을 먼저 방문한 뒤, 토성의 위성인 타이탄을 근접 통과하며 두꺼운 대기에 대한 정보를 수집하도록 계획되었다. 두 번째 탐사선은 목성과 토성에 나중에 도착하며, 첫 번째 탐사선의 임무 성공 여부에 따라 천왕성과 해왕성으로 계속 나아가거나, 필요하다면 타이탄 근접 통과 임무를 대신 수행할 수 있도록 설계되었다.

이 계획의 이름은 1977년 발사 직전에 보이저 계획으로 변경되었다. 이후 보이저 1호는 타이탄 근접 통과 임무를 성공적으로 마쳤고, 보이저 2호는 천왕성과 해왕성 두 얼음 행성을 방문하는 성과를 거두었다. 더 자세한 내용은 보이저 계획 문서를 참고할 수 있다.

참조

_[1] 웹사이트 Mariner to Mercury, Venus and Mars https://www.jpl.nasa[...] NASA 2020-10-19
_[2] 웹사이트 NASA – NSSDCA – Spacecraft – Details https://nssdc.gsfc.n[...]
_[3] 웹사이트 chapter 3 https://history.nasa[...]
_[4] 웹사이트 Launch Log http://planet4589.or[...] 2013-01-21
_[5] 서적 Deep Space Chronicle: A Chronology of Deep Space and Planetary Probes 1958–2000 NASA History Office 2002
_[6] 웹사이트 Beyond Earth: A Chronicle of Deep Space Exploration http://www.nasa.gov/[...] 2018-09-20
_[7] 문서 Venera 1 flew by in 1961, but the spacecraft failed en route and returned no data
_[8] 웹사이트 Quick Facts: Mariner 5 https://web.archive.[...] 2021-09-09
_[9] 웹사이트 The Return to Venus: The Mission of Mariner 5 https://www.drewexma[...] 2017-06-15
_[10] 서적 Deep Space Chronicle: A Chronology of Deep Space and Planetary Probes 1958–2000 NASA History Office 2002
_[11] 서적 Destination Mars Prometheus Books
_[12] 웹사이트 Mariner 10 https://web.archive.[...] 2014-02-02
_[13] 웹사이트 Spacecraft, Mariner 10, Flight Spare https://www.si.edu/o[...] 2020-10-18
_[14] 서적 Destination Mars Prometheus Books 2012
_[15] 서적 Destination Mars Prometheus Books 2012
_[16] 서적 Destination Mars Prometheus Books 2012
_[17] 뉴스 NASA – This Month in NASA History: Mariner 9 http://www.nasa.gov/[...] November 29, 2011 – Vol. 4, Issue 9 2013-05-14
_[18] 웹인용 Mariner to Mercury, Venus and Mars https://www.jpl.nasa[...] NASA Facts 2017-02-15
_[19] 웹인용 NASA Space Science Data Coordinated Archive https://nssdc.gsfc.n[...]
_[20] 웹인용 JPL Mission and Spacecraft Library. Archived from the original on August 7, 2011. http://space.jpl.nas[...]
_[21] 웹인용 Chapter 11 Voyager: The Grand Tour of Big Science https://history.nasa[...] NASA 1998
_[22] 웹인용 SP-4402 Origins of NASA Names, SECTION III SPACE PROBES https://history.nasa[...]

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