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바이킹 1호

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1. 개요

바이킹 1호는 1975년 8월 20일 발사된 미국 NASA의 화성 탐사선이다. 궤도선과 착륙선으로 구성되었으며, 10개월간의 비행 후 1976년 6월 화성 궤도에 진입했다. 궤도선은 화성 표면의 사진을 전송하고, 착륙선은 크리세 평원에 착륙하여 생명체 탐색 실험과 일반 상대성 이론 실험을 수행했다. 착륙선은 1982년 통신 두절로 임무가 종료되었고, 궤도선은 1980년까지 운용되었다. 바이킹 1호는 화성 생명체 탐색 실험에서 논란이 있는 결과를 얻었으며, 일반 상대성 이론의 중력 시간 지연 현상을 확인하는 데 기여했다.

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바이킹 1호
미션 정보
이름바이킹 1호
원어Viking 1
유형화성 궤도선/착륙선
운영 기관NASA
COSPAR ID궤도선: 1975-075A
착륙선: 1975-075C
SATCAT궤도선: 8108
착륙선: 9024
웹사이트바이킹 프로젝트 정보
미션 기간궤도선: 1,846일 (1,792 화성일)
착륙선: 2,306일 (2,245 화성일)
발사부터 마지막 통신까지: 2,642일
제작사궤도선: JPL
착륙선: 마틴 마리에타
발사 질량3,530 kg (완전 연료 궤도선-착륙선 쌍)
건조 질량궤도선: 883 kg
착륙선: 572 kg
전력궤도선: 620 W
착륙선: 70 W
발사 정보
발사 날짜1975년 8월 20일 21시 22분 (Z)
발사 로켓타이탄 IIIE/센타우르
발사 장소LC-41, 케이프 커내버럴
발사 계약자마틴 마리에타
궤도 정보 (궤도선)
궤도 기준아레오센트릭
궤도 이심률0.88221
궤도 근지점320 km
궤도 원지점56,000 km
궤도 경사39.3°
궤도 주기47.26 시간
궤도 시대1980년 8월 7일
궤도체화성
화성 도착 정보
궤도선 도착 날짜1976년 6월 19일
착륙선 도착 날짜1976년 7월 20일 11:53:06 UTC (화성 표준시 36455 18:40 AMT)
착륙선 위치22.27 (북위 22.27°, 동경 312.05°)
통신 정보
마지막 교신1982년 11월 11일
프로그램 정보
프로그램대규모 전략 과학 미션
행성 과학 부문
이전 미션해당사항 없음
다음 미션바이킹 2호
프로그램 2바이킹 계획
이미지
바이킹 우주선
착륙선 덮개 (상단) 및 궤도선
바이킹 계획 로고
바이킹 계획 로고
바이킹 착륙선 모델
바이킹 착륙선 모델
추가 정보
착륙선 작동 중단1982년 11월 13일

2. 임무

바이킹 1호는 1975년 8월 20일 타이탄 IIIE/센타우르 로켓으로 발사되어 10개월간 비행 후 화성에 도착했다. 1976년 6월 19일 화성 궤도에 진입했고, 6월 21일 1513 x 33,000 km, 24.66시간 주기의 궤도로 조정되었다.[7][8]

당초 화성 착륙은 미국 독립 기념일인 1976년 7월 4일로 예정되었으나, 착륙 후보지의 기복이 심한 것이 촬영된 사진에서 확인되어 연기되었다.[9] 결국 아폴로 11호의 달 착륙 7주년이 되는 7월 20일에 착륙이 이루어졌다. 착륙선은 08:51 UT에 궤도선에서 분리되었고, 11:53:06 UT에 크리세 평원에 착륙했다.[11] 이는 미국이 화성에 착륙을 시도한 첫 번째 사례였다.[12]

2. 1. 궤도선

궤도선에는 두 대의 비디콘 카메라, 수증기 분포를 알아보기 위한 적외선 분광기, 온도 분포를 측정하기 위한 적외선 복사계가 탑재되었다.[13] 주 임무는 1976년 11월 5일 태양과의 합이 시작되면서 종료되었고, 합이 끝난 1976년 12월 14일부터 임무를 재개했다.[14] 1977년 2월에는 포보스에 접근했다.[15] 1977년 3월 11일에는 근지점이 300km로 줄었다.[16] 임무를 수행하면서 작은 궤도 조정들이 이루어졌는데, 주로 궤도마다 헬리오 중심 경도가 변경되는 속도를 조정하기 위한 것이었고, 1979년 7월 20일에는 근지점이 357km로 늘어났다. 1980년 8월 7일, 자세 제어 가스가 부족해지자, 화성과의 충돌 및 오염을 방지하고 2019년까지 궤도를 유지하기 위해 357 × 33,943km에서 320 × 56,000km로 궤도를 높였다. 1,485회 궤도를 돈 후 1980년 8월 17일에 작동을 종료했다.[17] 궤도선은 57,000장 이상의 사진을 지구로 전송했다.

2. 2. 착륙선

1976년 7월 20일 08:51 세계시(UTC)에 착륙선이 궤도선에서 분리되었다. 분리 당시 착륙선의 속도는 약 4km/s였다. 분리 후 로켓을 분사하여 궤도를 이탈하기 시작했다. 수 시간 후 고도 약 300km에서 재진입을 위해 방향을 전환했다. 대기권 통과 시 증발성 내열 보호막으로 감속했고, 이와 동시에 대기 진입 과학 실험도 진행되었다.[13] 고도 6km, 속도 250m/s 정도에서 직경 16m의 낙하산이 펼쳐졌다. 7초 후 보호 덮개를 버리고, 8초 후 3개의 착륙 다리가 펼쳐졌으며, 낙하산에 의해 45초 만에 60m/s까지 감속했다. 고도 1.5km에서 역추진 로켓이 점화되어 40초 후 약 2.4m/s의 속도로 착륙할 때까지 분사되었다. 착륙 로켓에는 18개의 노즐이 있어 수소질소 배기가 넓게 퍼지도록 설계되었다. 이는 표면 온도의 상승을 1°C 이하로 억제하고, 표면 물질이 1mm 이상 날아가지 않게 하기 위해서였다.[11]

바이킹 1호의 착륙선은 크리세 평원 서부, 북위 22.697도, 서경 48.222도, 적도 반경 3397.2km에 편평률 0.0105를 가진 기준 타원체로부터 -2.69km 고도 지점(행성면 좌표로 북위 22.480도, 서경 47.967도)에 11:53:06 세계시(화성 현지 시간 16:13)에 착륙했다.[4][11][18] 착륙 시에는 약 22kg의 추진제가 남아 있었다.[11]

착륙 25초 후부터 최초의 표면 영상이 전송되었다. 지진계를 꺼내지 못하고, 표본 채취기의 잠금 핀이 움직이지 않아 팔을 펼치는 데 5일이 걸렸지만, 그 외에는 모든 실험이 정상적으로 수행되었다. 바이킹 1호 착륙선은 1982년 1월에 바이킹 영상 팀 리더였던 토머스 매치를 기념하여 '토머스 매치 기념 기지'로 명명되었다.[21]

착륙선에는 두 대의 팩시밀리 카메라, 신진대사, 성장 또는 광합성을 위한 3가지 분석, 가스 크로마토그래프-질량 분석기, X선 형광 분광기, 압력, 온도 및 풍속 센서, 3축 지진계, 카메라로 관찰된 샘플러의 자석, 그리고 다양한 엔지니어링 센서가 있었다.[13]

1982년 11월 13일, 지상 관제소에서 잘못된 명령을 보내 통신이 두절될 때까지 착륙선은 2245 솔 (약 2306 지구일) 동안 운용되었다. 이 명령은 착륙선의 열화된 배터리 성능을 개선하기 위해 새로운 배터리 충전 소프트웨어를 업링크하려던 것이었지만, 부주의로 안테나 지향 소프트웨어의 데이터 영역을 덮어써 버렸다. 이후 4개월간 추정된 안테나 위치를 기반으로 착륙선과의 통신을 시도했지만 실패했다.

2006년 화성 정찰 궤도선이 화성 표면의 바이킹 1호 착륙선을 촬영했다.[23]

3. 일반 상대성 이론 실험

일반 상대성 이론에서는 '중력장에서의 시간 지연'(중력 시간 지연)을 예측했다. 바이킹 1호 착륙선을 이용해 이 현상을 관측했다. 과학자들은 화성 착륙선에 무선 신호를 보내고, 착륙선이 신호를 다시 보내도록 지시하는 방식으로 실험을 진행했다. 이 과정에서 신호가 태양 근처를 통과하는 경우도 있었다. 그 결과, 신호의 왕복 시간에는 '중력장에서의 시간 지연'으로서 예상되는 시간의 엇갈림, 즉 샤피로 지연이 발생하는 것을 확인했고, 이는 일반 상대성 이론의 예측과 일치했다.[33]

4. 생명체 탐색 실험

바이킹 1호 착륙선은 화성 생명체의 존재를 확인하기 위해 생물학 실험 장비를 탑재했다. 이 장비는 무게 15.5kg으로, 다음과 같은 세 가지 주요 실험으로 구성되었다:[26]

실험명설명
열분해 방출 실험 (Pyrolytic Release, PR)
표지 방출 실험 (Labeled Release, LR)
기체 교환 실험 (Gas Exchange, GEX)



또한, 생물학 실험과는 별도로, 화성 토양의 유기 화합물 조성을 분석하기 위한 기체 크로마토그래프-질량 분석기가 탑재되었다.[26]

실험 결과는 다음과 같았다:[27]

실험명결과
기체 크로마토그래프-질량 분석기유기 화합물 검출 실패
열분해 방출 실험 (PR)부정적 결과
기체 교환 실험 (GEX)부정적 결과
표지 방출 실험 (LR)긍정적 결과



표지 방출 실험(LR)에서 긍정적인 결과가 나왔지만, 대부분의 과학자들은 이것이 생명체의 활동이 아닌, 토양의 무기 화학 반응 때문이라고 해석했다.[29] 그러나 바이킹 착륙 지점 근처에서 표면 얼음이 발견되면서 이 견해는 바뀔 수도 있다는 의견도 제시되었다.[29] 일부 과학자들은 여전히 생명체의 반응일 가능성을 제기하고 있다.[30]

한편, 유기 화합물이 검출되지 않은 것은 화성에 오존층이 없어 자외선이 표면을 살균하고, 과산화물과 같은 반응성이 높은 화학 물질이 유기물을 산화시키기 때문일 수 있다는 해석이 나왔다.[31] 이후 피닉스 착륙선이 화성 토양에서 발견한 과염소산염은 강력한 산화제로, 유기물을 파괴했을 가능성이 제기되었다.[32]

5. 착륙지

''바이킹 1호'' 착륙선은 크리세 평원 서부("황금 평원")에 [4][11], 적도 반경이 3397km이고 편평도가 0.0105인 참조 타원체에 상대적인 -2.69km의 기준 고도에서 (22.480° N, 47.967° W 행성 좌표) 11:53:06 UTC (화성 현지 시간 16:13)에 착륙했다.[18] 착륙 당시 약 22kg의 추진제가 남아 있었다.[11]

2006년 화성 정찰 궤도선이 촬영한 바이킹 1호 화성 착륙선 사진

  • -* 활성
  • 비활성
  • 계획

(참고: 화성 기념물 목록)

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Beagle 2


Bradbury Landing






Mars 2








Opportunity








Schiaparelli EDM


Sojourner




Tianwen-1


Viking 1



참조

[1] 간행물 Viking 1 Lander
[2] 웹사이트 Viking 1 https://www.jpl.nasa[...] NASA 2018-11-27
[3] 웹사이트 Beyond Earth: A Chronicle of Deep Space Exploration http://www.nasa.gov/[...] 2018-09-20
[4] 웹사이트 Viking Mission to Mars http://nssdc.gsfc.na[...] 2014-02-02
[5] 웹사이트 Viking 1 http://www.jpl.nasa.[...] 2014-02-02
[6] 웹사이트 Record for Longest Mars Mission Ever May be Broken https://www.space.co[...] 2024-06-14
[7] 웹사이트 20 August 1975, Launch of Viking 1 http://www.nasa.gov/[...] 2019-07-18
[8] 서적 Encyclopedia of Space and Astronomy https://books.google[...] Infobase Publishing 2014-05-14
[9] 서적 Magnificent Mars https://books.google[...] Simon and Schuster 2003-10-21
[10] 서적 The International Atlas of Mars Exploration: Volume 1, 1953 to 2003: The First Five Decades https://books.google[...] Cambridge University Press 2012-09-24
[11] 간행물 Viking 1 Orbiter 2019-07-18
[12] 웹사이트 Chronology of Mars Exploration https://history.nasa[...] 2019-08-16
[13] 논문 The First Viking Mission to Mars 1976-08
[14] 웹사이트 Viking 1 Orbiter Mission Profile https://www.tsgc.ute[...] University of Texas 2022-11-10
[15] 논문 Phobos Encounter Trajectory and Maneuver Design 1979-03-01
[16] 서적 Robotic Exploration of the Solar System: Part I: The Golden Age 1957–1982 https://books.google[...] Springer Science & Business Media 2007-12-08
[17] 간행물 An Investigation of the Orbital Status of Viking-1 http://enu.kz/reposi[...] 2009-08-10
[18] 웹사이트 Viking 1 Lander Mission Profile https://www.tsgc.ute[...] University of Texas 2022-11-10
[19] 논문 The Surface of Mars: The View from the Viking 1 Lander 1976-08
[20] 웹사이트 "Viking Mission to Mars JPL" https://faculty.tamu[...]
[21] 웹사이트 NASA – NSSDCA – Spacecraft – Details https://nssdc.gsfc.n[...] 2021-03-05
[22] 보고서 Telecommunications and Data Acquisition Systems Support for the Viking 1975 Mission to Mars http://www.atmos.was[...] NASA Jet Propulsion Laboratory 2009-06-22
[23] 보고서 NASA Mars Orbiter Photographs Spirit and Vikings on the Ground http://www.nasa.gov/[...] NASA 2011-07-20
[24] 웹사이트 Viking Mission to Mars https://mars.nasa.go[...]
[25] 웹사이트 Winds of Mars: Aeolian Activity and Landforms https://www.lpi.usra[...] 2024-12-08
[26] 웹사이트 Life on Mars http://www.msss.com/[...]
[27] 뉴스 Viking Data May Hide New Evidence For Life. http://www.spacedail[...] Barry E. DiGregorio 2000-07-16
[28] 웹사이트 Viking 2 Likely Came Close to Finding H2O. http://dsc.discovery[...] Irene Klotz, Discovery News 2009-09-28
[29] 논문 SHARAD detection and characterization of subsurface water ice deposits in Utopia Planitia, Mars 2016-09-28
[30] 문서 Endolithic Microorganisms in the Antarctic Cold Desert. Science 1982
[31] 문서 "A Traveler's Guide to Mars" Workman Publishing 2003
[32] 웹사이트 Alien Rumors Quelled as NASA Announces Phoenix Perchlorate Discovery. http://www.planetary[...] A.J.S. Rayl 2008-08-06
[33] 논문 Viking relativity experiment – Verification of signal retardation by solar gravity 1979-12
[34] 웹사이트 Unmanned Spaceflight.com > Viking sols? http://www.unmanneds[...]
[35] 간행물 Telecommunications and Data Acquisition Systems Support for the Viking 1975 Mission to Mars http://www.atmos.was[...] NASA Jet Propulsion Laboratory 1983



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