소행성 궤도 변경 임무
1. 개요
소행성 궤도 변경 임무(Asteroid Redirect Mission, ARM)는 NASA가 계획했던 소행성 탐사 임무로, 소행성의 일부를 포획하여 달 궤도로 가져오는 것을 목표로 했다. 1980년대에 아이디어가 처음 제안되었지만, 기술적 어려움으로 인해 2012년에 구체적인 계획이 수립되었다. 주요 목표는 화성 및 기타 태양계 목적지를 위한 유인 임무를 준비하는 데 필요한 심우주 탐사 능력을 개발하는 것이었다. 록히드마틴, 노스럽 그러먼 등과 계약을 체결하고, 이탈리아 우주국(ISA)과 유럽 우주국(ESA)도 개발에 참여했으나, 2018년 예산 삭감으로 인해 계획이 취소되었다. 이 임무는 태양 전력 추진 기술을 시험하고, 잠재적으로 위험한 소행성의 궤도를 변경하는 기술을 개발하는 부가적인 목표도 가지고 있었다.
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| 임무 명칭 | 소행성 궤도 변경 임무 |
|---|---|
| 다른 표기 | Asteroid Redirect Mission (ARM) Asteroid Retrieval and Utilization |
| 관리 기관 | NASA |
|---|---|
| 계약 기관 | 해당 없음 |
| 임무 유형 | 해당 없음 |
| COSPAR ID | 해당 없음 |
| SATCAT | 해당 없음 |
| 발사일 | 2021년 12월 |
| 발사체 | 델타 IV 헤비 펠컨 헤비 펠컨 9 |
| 발사장소 | 해당 없음 |
| 접근 천체 | (341843) 2008 EV5 |
| 목표 천체 | (341843) 2008 EV5 |
| 착륙일 | 해당 없음 |
| 착륙 장소 | 해당 없음 |
| 이동 거리 | 해당 없음 |
| 임무 기간 | 해당 없음 |
| 임무 종료 | 해당 없음 |
| 추락일 | 해당 없음 |
| 추락 장소 | 해당 없음 |
| 웹사이트 | 해당 없음 |
|---|---|
| 제조 기관 | JPL |
| 승무원 | 해당 없음 |
| 개발 비용 | 해당 없음 |
| 발사 비용 | 해당 없음 |
| 중량 | 해당 없음 |
| 크기 | 해당 없음 |
| 전장 | 해당 없음 |
| 전폭 | 해당 없음 |
| 전고 | 해당 없음 |
| 전력 | 해당 없음 |
| 전력원 | 태양전지 |
| 궤도 | 해당 없음 |
|---|---|
| 궤도 고도 | 해당 없음 |
| 궤도 진입일 | 해당 없음 |
| 접근 통과일 | 해당 없음 |
| 근지점 | 해당 없음 |
| 원지점 | 해당 없음 |
| 경도 | 해당 없음 |
| 주기 | 해당 없음 |
| 장반경 | 해당 없음 |
| 이심률 | 해당 없음 |
| 경사각 | 해당 없음 |
| 근일점 위치 | 해당 없음 |
| 승교점 경도 | 해당 없음 |
| 위성의 위치 | 해당 없음 |
| 트랜스폰더 | 해당 없음 |
|---|---|
| 대역폭 | 해당 없음 |
| 탑재체 | 해당 없음 |
|---|---|
| 해상도 | 해당 없음 |
| 탐사선 문양 | 해당 없음 |
|---|---|
| 소속 프로그램 | 해당 없음 |
| 이전 임무 | 해당 없음 |
| 이후 임무 | 해당 없음 |
| 주요 목표 | 소행성 포획 및 궤도 변경 기술 실증 심우주 탐사를 위한 기술 개발 |
|---|---|
| 두 가지 계획 | 소행성 전체 포획: 작은 소행성 전체를 포획하여 달 궤도로 이동 소행성 표면 물질 포획: 소행성 표면의 바위 조각을 수집하여 달 궤도로 이동 |
| 취소 | 2017년, 트럼프 행정부의 예산 삭감으로 인해 취소됨. 취소 결정은 NASA 내부 및 외부에서 논란이 있었음. |
| 관련 프로젝트 | 소행성 충돌 회피 기술 개발 |
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루나 게이트웨이 -
아르테미스 3호
아르테미스 3호는 아르테미스 계획의 일환으로 4명의 우주인이 오리온 우주선을 타고 SLS 로켓에 실려 발사되어 달 남극을 탐사하며, 인류 최초의 여성 및 유색 인종 우주비행사가 달에 착륙하고 한국계 미국인 조니 킴이 탑승할 경우 한국계 최초의 달 착륙 기록을 세울 예정이다. -
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오리온 (우주선)
NASA의 아르테미스 계획에서 핵심적인 역할을 수행할 오리온은 심우주 탐사를 목표로 개발 중인 다목적 유인 우주선으로, 유럽 우주국과의 협력을 통해 개발된 유럽 서비스 모듈을 탑재하고 SLS 로켓으로 발사될 예정이다. -
행성 방어 -
니어 슈메이커
존스홉킨스 대학교 응용물리학 연구소에서 개발한 최초의 로봇 소행성 탐사선인 NEAR 슈메이커는 지구 근접 소행성 433 에로스를 탐사하며 크기, 형태, 질량, 밀도, 구성, 지표 및 내부 구조, 자기장 정보를 수집하고 소행성 마틸다에 대한 근접 통과 관측을 수행하여 16만 장 이상의 이미지와 과학 데이터를 얻었으며, 소행성 궤도를 도는 최초의 탐사선이 되어 태양계 형성 연구에 기여했다. -
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근지구 천체
근지구 천체는 국제천문연맹에 의해 태양 주위를 공전하는 궤도가 태양에서 1.3 천문 단위 이내에 있는 모든 태양계 소천체를 의미하며, 소행성 또는 혜성일 수 있고 지구와 충돌 위험에 따라 잠재적으로 위험한 천체로 분류되기도 한다. -
소행성 탐사선 -
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소행성 탐사선 -
뉴 허라이즌스
뉴 허라이즌스는 NASA의 뉴 프런티어 계획 탐사선으로, 명왕성과 카이퍼 벨트를 탐사하며 명왕성의 표면, 지형, 대기 등을 조사하고 카이퍼 벨트 천체 아로코스의 근접 관측을 통해 초기 태양계 형성에 대한 과학적 자료를 제공했으며, 플루토늄-238을 동력원으로 2030년대까지 탐사를 진행할 예정이다.
2. 역사와 제작 배경
1980년 NASA 수석 연구원 로버트 프로슈(Robert A. Frosch)는 소행성 회수 아이디어를 제안했으나 당시 기술로는 실행 불가능하다고 판단했다. 2012년 켁 연구 센터에서 소행성 궤도 변경 임무에 대한 구체적인 계획과 탐사 개념을 수립하였다. 초기 연구 및 예산은 26억 달러로 추산되었으며, 이 중 1억 500만 달러가 설계도 구상 및 탐사선 디자인에 사용되었다. 이 임무는 유인 화성 탐사의 기반을 마련하는 목적도 포함되었다.
소행성 회수를 위해 지름 8m의 캐쉬에 소행성을 집어넣는 법, 소행성의 큰 바위를 소행성의 위성 궤도로 옮기는 법, 유인 탐사를 하여 인위적으로 소행성에 영향을 준다는 세 가지 컨셉트가 고려되었다.
2016년 1월, NASA는 록히드마틴, 노스럽 그러먼, 스페이스 시스템 로랄, 칼텍 등과 계약을 체결했다. 2016년 5월에는 ISA과 ESA가 개발에 참여했다. 그러나 2018년 도널드 트럼프 행정부의 예산 삭감으로 계획이 전면 취소되었다.
2.1. 대한민국 참여 무산
3. 목적
소행성 궤도 변경 임무의 주요 목표는 미국 항공우주국(NASA)의 화성으로의 여정 유연한 경로에 따라 화성 및 다른 태양계 목적지에 대한 유인 임무를 준비하는 데 필요한 심우주 탐사 능력을 개발하는 것이었다.
로봇 및 유인 임무는 지구 궤도를 넘어 며칠 내에 복귀할 수 있는 능력을 보여줄 것이다. 지구-달 원격 후퇴 궤도(DRO)는 지구-달 L1 및 L2을 포함하며, 본질적으로 지구 시스템 탈출 및 포획을 위한 노드이다. 이는 탐사 증강 모듈(EAM)을 장기간의 인간 체류를 위해 가져올 경우, ARRM과 유사한 SEP 모듈에 의해 더욱 강화될 수 있다. 화성에서 귀환하는 여정에서 유인 임무는 DRO로 진입하여 주차된 오리온으로 이동하여 지구로 귀환하고 재진입함으로써 수 톤의 질량을 절약할 수 있다.
소행성 궤도 변경 임무의 부차적인 목표는 작은 지구 근접 소행성을 달 궤도로 가져오는 데 필요한 기술을 개발하는 것이었다. "그 소행성은 보너스였다." 그곳에서 2026년에 오리온 EM-5 또는 EM-6 ARCM 임무의 승무원에 의해 분석될 수 있었다.
추가적인 임무 목표에는 잠재적으로 위험한 소행성을 로봇 우주선으로 궤도를 변경하는 것과 같은, 미래에 지구를 보호할 수 있는 소행성 충돌 회피 기술을 시연하는 것이 포함되었다. 소행성 궤도 변경에 대해 고려된 사항은 소행성을 잡아서 직접 이동시키는 것뿐만 아니라, 질량을 늘리기 위해 표면에서 큰 암석을 수집한 후 중력 트랙터 기술을 사용하는 것("향상된 중력 트랙터")도 포함되었다.
이 임무는 또한 진보된 태양 전력 추진 (이온 엔진)의 성능과 광대역 우주 레이저 통신을 시험할 예정이었다. 이러한 새로운 기술은 화성 유인 탐사 및/또는 포보스에 앞서 대량의 화물, 서식지 및 추진제를 화성으로 보내는 데 도움이 될 것이다.
3.1. 화성 탐사와의 연관성
우주 예인선 임무는 시간 제약이 없는 화성 물류를 승무원과 분리하여 비용을 최대 60%까지 절감할 수 있다(만약 첨단 태양광 전기 추진 (이온 엔진)을 사용할 경우). 또한 승무원이 출발하기 전에 현장에서 핵심 시스템을 점검할 수 있도록 하여 전체 임무 위험을 줄여준다.
태양광 전기 추진 (SEP) 기술과 설계는 미래 임무에 적용될 뿐만 아니라, 소행성 궤도 변경 임무 우주선은 재사용을 위해 안정적인 궤도에 남겨질 것이다. 이 프로젝트는 여러 재급유 기능 중 하나를 기본으로 하며, 소행성 전용 탑재체는 버스의 한쪽에 위치하여 향후 정비를 통해 제거 및 교체하거나 분리 가능한 우주선으로 사용할 수 있어, 자격이 있는 우주 예인선을 달 궤도 내 공간에 남겨둔다.
4. 우주선 개요
이 우주선은 대형 소행성에 착륙하여 로봇 팔을 이용, 표면의 바위를 채취하는 방식으로 설계되었다. 로봇 팔 끝에 달린 그리퍼는 바위를 파고들어 강력하게 잡고, 통합 드릴은 바위를 포획 메커니즘에 고정한다. 바위가 고정되면 다리가 밀어내어 추력기 없이 초기 상승을 돕는다.
우주선은 진보된 태양광 전기 추진(SEP)을 사용한다. 고효율 UltraFlex 스타일 태양 전지판 (50kW)으로 전기를 공급받는다. 진보된 이온 엔진은 화학 로켓 추진제의 10%만을 사용하며, 이전 설계보다 3배 많은 전력을 처리하고 효율을 50% 높일 수 있다.
이 엔진은 홀 효과를 이용하여 낮은 가속도를 내지만, 장기간 지속적으로 발사하여 많은 질량을 고속으로 추진할 수 있다. 홀 효과 추력기는 자기장 내에 전자를 가두어 제논 가스 추진제를 이온화하고, 자기장은 하전된 이온을 가속하여 플라즈마 배기 플룸을 생성, 우주선을 추진한다. 우주선은 5.5톤의 건조 질량과 최대 13톤의 제논 추진제를 저장할 수 있다.
각 추력기는 30~50kW의 전력을 가지며, 여러 추력기를 결합하여 SEP 우주선의 전력을 높일 수 있다. 300kW 이상으로 확장이 가능한 이 엔진은 노스롭 그러먼(Northrop Grumman)이 샌디아 국립 연구소(Sandia National Laboratories) 및 미시간 대학교(University of Michigan)와 함께 연구 및 개발하고 있으며, NASA 글렌 연구 센터(NASA Glenn Research Center)가 이 프로젝트를 관리한다.
SEP 시스템은 목적지에 도착한 후에도 승무원이 도착하기 전 시스템을 유지하거나 추진제 비등을 방지하기 위해 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 그러나 기존의 비행 인증 태양광 전기 추진은 1–5kW 수준이며, 화성 화물 임무에는 약 100kW, 유인 비행에는 약 150–300kW가 필요하다.
5. 발사 계획
2017년에 소행성 궤도 변경 임무가 계획되었으나 2020년, 그리고 2021년 12월로 연기되었다. 이 임무는 2017년 4월에 자금 지원 중단 통보를 받았다. 발사체는 델타 IV 헤비, SLS 또는 팰컨 헤비가 될 예정이었다. 2021년 12월 델타 IV 헤비, 팰컨 헤비, 팰컨 9로 발사될 예정이었으나 최종적으로 계획이 전면 취소되었다. 이 암석은 2025년 말까지 달 궤도에 도착할 예정이었다.
7. 목표 소행성
2017년 10월 29일 기준으로 16,950개의 근지구 소행성이 발견되었으며, 다양한 탐사팀에 의해 발견되어 잠재적 위험 천체로 분류되었다. 2017년 초까지 미국 항공우주국(NASA)은 소행성 궤도 변경 임무(ARM)의 목표 대상을 아직 선택하지 않았지만, 계획 및 시뮬레이션 목적으로 (341843) 2008 EV5 근지구 소행성이 우주선이 이 소행성에서 4미터 크기의 암석을 하나 가져오는 예시로 사용되었다. 다른 후보 모천 소행성으로는 이토카와, 벤누, 류구가 있었다.
임무에서 포획할 C형 소행성 암석(최대 지름 6미터, 20톤)은 대기 중에서 연소되어 지구에 해를 끼칠 만큼 크지 않다. 소행성 덩어리를 달 주변의 먼 후퇴 궤도로 재지정하면 지구와 충돌할 수 없도록 보장하고, 향후 연구를 위해 안정적인 궤도에 남겨둘 수 있다.