포보스 그룬트
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1. 개요
포보스-그룬트는 1999년 러시아가 포보스 위성 토양 샘플을 지구로 가져오기 위해 시작한 무인 탐사 프로젝트이다. 2011년 11월 발사되었으나, 소프트웨어 문제로 인해 궤도 진입에 실패하고 대기권에 재진입하여 추락했다. 이 프로젝트는 중국의 잉후오 1호와 공동으로 진행되었으며, 다양한 과학 장비와 함께 미생물의 생존을 시험하는 LIFE 실험 등도 탑재되었다. 실패 이후, 러시아는 포보스-그룬트 2 및 부메랑과 같은 후속 임무를 제안했다.
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포보스 그룬트 | |
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기본 정보 | |
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이름 | 포보스-그룬트 Фобос-Грунт (러시아어) Phobos-Ground (영어) |
임무 유형 | 포보스 착륙선 샘플 회수 |
운영 주체 | 로스코스모스 |
웹사이트 | (제공되지 않음) |
임무 기간 | 3년 (계획) |
우주선 유형 | (제공되지 않음) |
제작사 | 라보치킨 러시아 우주 연구소 |
전력 | 1 kW (주 궤도선/착륙선) 300 W (지구 귀환 차량) |
발사일 | 2011년 11월 8일, 20:16:02 UTC |
발사 로켓 | 제니트-2SB41 |
발사 장소 | 바이코누르 우주 기지, 45/1 발사대 |
발사 계약자 | 유즈마쉬 |
임무 시작 | 궤도에서 실패 |
마지막 교신 | 2011년 11월 24일 |
궤도 이탈일 | 2012년 1월 15일, 17:46 UTC |
궤도 기준 | 지구 중심 궤도 |
궤도 영역 | 저궤도 |
궤도 경사 | 51.43° |
궤도 주기 | 90.0분 |
근점 | gee |
탐사 장비 | |
GAP | 토양 분자 조성 분석 |
MDGF | 감마선 분광기 |
MAIN | 중성자 분광기 |
Lazma | 질량 분광 비행 시간 |
MANAGA | 질량 분광기 |
THERMOFOB | 열 탐침 |
RLR | 레이더 |
Seismo-1 | 지진계 |
MIMOS | 뫼스바우어 분광기 |
METEOR-F | 미세 운석 탐지기 |
DIAMOND | 먼지 탐지기 |
FPMS | 플라스마 분석 |
AOST | 푸리에 변환 적외선 분광기 |
TIMM-2 | 태양 엄폐 분광기 |
MicrOmega | 스펙트럼 현미경 |
TSNG | 카메라 |
프로그램 | |
프로그램 | 러시아 화성 프로그램 |
이전 임무 | 마스 96 |
다음 임무 | 마스-그룬트 |
임무 개요 | |
목표 | 화성의 위성 포보스에서 토양 샘플을 채취하여 지구로 귀환하는 임무. |
문제 발생 | 발사 직후 지구 궤도에서 이탈하지 못하고 통신 두절. |
최종 운명 | 2012년 1월 15일 지구 대기권에 재진입하여 소멸. |
관련 정보 | |
후속 계획 | 2018년에 포보스-그룬트 2 발사 계획 (취소됨). |
2. 역사적 배경
포보스-그룬트 프로젝트는 1999년 러시아 우주 연구소와 NPO 라보킨이 포보스 샘플 반환 임무에 대한 타당성 연구를 시작하면서 시작되었다.[13] 초기 우주선 설계는 1980년대 후반에 발사된 포보스 프로그램의 탐사선과 유사했다.[13] 2001년에 우주선 개발이 시작되어 2004년에 예비 설계가 완료되었다. 수년간 러시아 우주 프로그램의 낮은 자금 지원으로 프로젝트가 정체되었으나, 2005년 여름 새로운 정부 계획이 발표되면서 포보스-그룬트는 주요 임무 중 하나가 되었다.[13]
2007년 3월 26일, 러시아와 중국은 화성 공동 탐사에 대한 협력 협정을 체결했는데, 여기에는 중국의 첫 번째 행성 탐사선인 잉후오 1호를 포보스-그룬트 우주선과 함께 화성으로 보내는 내용이 포함되었다.[55] 잉훠 1호의 동반 탑재가 결정되면서 발사 중량이 초과하게 되어 발사 로켓을 제니트로 변경했다.[126] 계획 수정으로 인해 발사는 2009년 10월로 예정되었으나, 2009년 9월에 발사를 2011년까지 연기하기로 결정했다.[111][112]
3. 개발 과정
3. 1. 예산
포보스 그룬트 프로젝트의 초기 비용은 15억 루블(6,440만 달러)이었다. 2009년부터 2012년까지 발사 후 운영을 포함한 프로젝트 자금은 약 24억 루블이었다.[11] 임무의 총 비용은 50억 루블(1억 6,300만 달러)로 예상되었다.
3. 2. 설계
포보스-그룬트의 설계는 1970년대에 달 암석을 회수한 루나 계획의 유산을 활용했다.[13] 전체 우주선과 대부분의 장비는 새로운 것이었지만, 설계는 기존 기술을 기반으로 했다.[13] 수석 과학자 알렉산드르 V. 자하로프는 포보스 샘플 귀환 프로젝트를 "현재까지 가장 어려운 행성 간 프로젝트일 수 있다"고 묘사했다.
1999년 러시아 우주 연구소와 NPO 라보킨이 포보스 샘플 반환 임무에 대한 타당성 연구를 시작하면서 포보스-그룬트 프로젝트가 시작되었다.[13] 초기 우주선 설계는 1980년대 후반에 발사된 포보스 프로그램의 탐사선과 유사했다.[13] 2001년에 우주선 개발이 시작되었고, 2004년에 예비 설계가 완료되었다.
포보스-그룬트는 샘플 회수에 사용되는 토양 채취 장치와 귀환용 로켓을 갖추어 무게 13톤을 넘는 대규모 탐사선이었다. 국제 협력으로 중국·미국 행성 협회가 설계한 모듈도 탑재했다.
토양 채취에는 팔 형태의 장치를 사용, 깊이 2cm까지의 포보스 표토를 200g 정도 긁어낼 계획이었다. 루나 달 탐사선처럼 드릴로 심층의 흙을 파내는 것도 검토되었지만, 포보스의 표면 중력이 달에 비해 매우 작아 굴착의 반동으로 탐사선의 안정성이 유지되지 않을 우려가 있어 단념되었다.
샘플을 실은 컨테이너 발사에는 로켓 분사가 아닌 스프링의 힘을 이용했다. 이는 포보스에 남아 활동하는 탐사선 본체에 위험이 미치지 않도록 하기 위한 배려이다. 컨테이너는 안전한 고도에 도달한 후 로켓 엔진을 점화하여 포보스의 중력권을 이탈할 예정이었다.
샘플 회수용 기체는 지구까지 귀환, 마지막 궤도 조정을 한 후 돌입 며칠 전에 회수 캡슐을 분리하고, 캡슐은 그대로 대기권에 돌입한다. 이 캡슐은 낙하산을 사용한 감속은 하지 않고, 공기 저항만으로 속도를 줄여 지면에 격돌하여 회수된다. 무선기도 탑재하지 않아, 회수 부대는 광학 관측과 레이더 관측만으로 낙하 지점을 좁혀 회수를 할 예정이었다.
3. 3. 파트너
NPO 라보킨은 이 프로젝트의 주요 계약자로서 구성 요소를 개발했다. 포보스-그룬트의 수석 설계자는 막심 마르티노프였다.[14] 포보스 토양 샘플링 및 다운로드는 러시아 과학 아카데미의 GEOHI RAN 연구소(베르나드스키 지구화학 및 분석 화학 연구소)에서 개발했으며, 원격 및 접촉 방식을 통한 포보스와 화성의 통합 과학 연구는 러시아 우주 연구 연구소의 책임이었으며,[38] 여기서 알렉산더 자하로프가 임무의 수석 과학자로 활동했다.[15]
중국의 잉후오 1호 궤도선은 포보스-그룬트와 함께 발사되었다.[16] 잉훠 1호는 화성 궤도에서 1년 동안 화성의 외부 환경을 연구할 예정이었다.[17] 또한, 홍콩 폴리텍 대학교에서 개발한 미세 중력 연삭 도구인 토양 하역 및 준비 시스템(SOPSYS)이 착륙선에 통합되었다.[18][19]
행성 협회의 생명체 간 행성 비행 실험(LIFE)은 포보스-그룬트에 탑재되어, 생명이 행성 간 우주 여행에서 살아남을 수 있는지 테스트할 예정이었다.[20][21][22][27][23] 불가리아 과학 아카데미는 포보스-그룬트에서 방사선 측정 실험을 제공했다.[24] 핀란드 기상 연구소에서 개발한 두 개의 MetNet 화성 착륙선이 포함될 예정이었으나, 무게 제한으로 인해 제외되었다.[25][26][11]
3. 4. 2009년 발사 연기
2009년 10월로 예정되었던 포보스 그룬트의 발사는 우주선 개발 지연으로 인해 연기되었다.[27] 2009년 동안 관계자들은 일정이 매우 촉박함을 인정하면서도, 마지막까지 발사 가능성에 대한 희망을 가졌다.[27] 그러나 2009년 9월 21일, 이 임무는 2011년의 다음 발사 기회까지 연기된다고 공식 발표되었다.[11][28][29][30]
주요 지연 원인은 우주선 탑재 컴퓨터 개발 과정에서 발생한 문제였다.[31] 모스크바에 본사를 둔 테흐콤(Tehkhom) 사가 컴퓨터 하드웨어를 제때 제공했지만, 통합 및 소프트웨어 개발을 담당하는 NPO 라보킨(NPO Lavochkin) 내부 팀이 일정을 맞추지 못했다.[31] 2010년 1월, NPO 라보킨의 수장이었던 발레리 N. 폴레츠키가 퇴임하였고, 이는 포보스-그룬트의 지연과 관련이 있는 것으로 널리 알려졌다.[32] 빅토르 카르토프가 회사의 새로운 수장으로 임명되었다.[32] 지연으로 확보된 추가 개발 시간 동안, 폴란드에서 제작된 드릴이 토양 채취 백업 장치로 포보스 착륙선에 추가되었다.[32]
4. 발사 및 궤도 진입 실패
제니트 로켓에 의한 발사는 성공하여 예정대로 207×347km, 궤도 경사각 51.4도의 궤도 진입에 성공했다.[35] 그 후, 프레가트 상부 스테이지를 행성 미션용으로 개량한 주 추진 장치(MDU)를 2회 분사하여, 첫 번째 분사로 고도를 4,710 km까지 올리고, 두 번째 분사로 지구 궤도에서 이탈할 예정이었다. 이 두 번의 분사는 모두 러시아의 추적국에서 보이지 않는 남아메리카 상공에서 이루어지기 때문에, 지상에서의 광학관측 협력이 요구되었다.[34]
그러나, 위성은 소프트웨어 문제로 인해 자세를 잃었기 때문에, 이 두 번의 분사는 실시되지 않았다. 궤도상에서 발견된 위성은 태양을 향해 회전하는 비상용 세이프 모드 자세가 되어, 명령을 실행할 수 없어서 제어할 수 없는 상태가 되어 지구로의 추락이 우려되었다.
러시아뿐만 아니라, ESA가 보유한 각지의 추적국도 협력하여 통신 회복이 시도되었지만, X 밴드 대역을 사용하여 저궤도 위성을 추적할 수 있는 안테나가 제한되어 있기 때문에 상황은 어려웠다. 위성이 명령을 수신하여 실행할 수 없는 이유로는, 2차 분사 후에 투기할 예정이었던 도넛 모양의 연료 탱크가 붙어 있는 상태에서는 안테나의 시야가 가려지기 때문이라고 생각되었지만, 그 후의 보도에서는 지상 추적국의 능력 문제도 전해졌다. 노멀 상태에서는, 지구 궤도 이탈까지는 지상으로부터의 제어를 받지 않고 자동 실행하는 설계로 되어 있었기 때문에, 지상국도 이러한 상태에서 통신하는 것은 고려하지 않았다. 70 m의 대형 안테나는 지향 각도의 좁음과 불충분한 추적 속도 때문에 위성을 포착할 수 없었고, 송신 출력도 위성 측의 수신 강도를 상회하기 때문에 수신할 수 없는 것이 밝혀졌다.
이 때문에 소형 안테나에 더 작은 안테나를 장착하여 포착하기 쉽게 하는 동시에, 송신 출력을 줄이는 개량이 이루어졌다. 이로 인해, 11월 22일에 ESA의 오스트레일리아에 있는 퍼스 국의 안테나로 위성의 텔레메트리를 처음으로 수신하는 데 성공[114]했고, 그 후 러시아의 바이코누르 국에서도 수신에 성공하여 위성의 상태가 양호하다는 것이 확인되었다. 그러나 화성 궤도로의 투입이 가능한 기한이었던 11월 21일을 넘겨도 명령에 의한 제어를 실행할 수 없었고, 제어의 회복은 무리라고 판단되어, 2012년 1월 중순에 지구로 재돌입할 것으로 예측되었다[116]。
2012년 1월 15일, 포보스-그룬트는 대기권에 재돌입하여, 칠레 남부, 웰링턴 섬 서쪽 1250km의 태평양상에 추락했다[115]。 탐사선의 지구 재돌입은, 2012년 1월 6일 시점에서, 2012년 1월 15일 21:00 UTC ± 18시간으로 예상되었다. 최종 낙하 지점은 불명이며, 예상되는 낙하 범위는 북위 51.4도에서 남위 51.4도 사이로 매우 넓었다[116]。
4. 1. 발사 (2011년)
포보스-그룬트는 2011년 11월 8일 UTC 20시 16분에 바이코누르 우주 기지에서 제니트-2SB41 로켓으로 성공적으로 발사되었다.[35] 제니트 부스터는 우주선을 51.4° 경사의 207 x 347 km 타원 저궤도에 진입시켰다.[35] 우주선을 행성 간 궤도로 보내기 위해 지구 궤도에서 주 추진 장치(MDU, 프레가트 로켓 상단에서 파생)의 두 번의 점화가 필요했다.[34] 두 번의 엔진 점화는 모두 러시아 지상 기지 범위 밖에서 이루어질 예정이었다.[34]제니트 로켓에 의한 발사는 성공하여 예정대로 207×347km, 궤도 경사각 51.4도의 궤도 진입에 성공했다.[35] 그 후, 프레가트 상부 스테이지를 행성 미션용으로 개량한 주 추진 장치(MDU)를 2회 분사하여, 첫 번째 분사로 고도를 4,710 km까지 올리고, 두 번째 분사로 지구 궤도에서 이탈할 예정이었다. 이 두 번의 분사는 모두 러시아의 추적국에서 보이지 않는 남아메리카 상공에서 이루어지기 때문에, 지상에서의 광학관측 협력이 요구되었다.[34]
그러나, 위성은 소프트웨어 문제로 인해 자세를 잃어, 두 번의 분사는 실시되지 않았다. 궤도상에서 발견된 위성은 태양을 향해 회전하는 비상용 세이프 모드 자세가 되어, 명령을 실행할 수 없어 제어할 수 없는 상태가 되어 지구로 추락이 우려되었다.
4. 2. 궤도 진입 실패 및 통신 문제
제니트 로켓에 의한 발사는 성공하여 예정대로 207×347km, 궤도 경사각 51.4도의 궤도 진입에 성공했다.[114] 그 후, 프레가트 상부 스테이지를 행성 미션용으로 개량한 주 추진 장치(MDU)를 2회 분사하여, 첫 번째 분사로 고도를 4,710 km까지 올리고, 두 번째 분사로 지구 궤도에서 이탈할 예정이었다. 그러나 첫 번째 점화 예정 시간 이후, 우주선은 목표 궤도에서 발견되지 않았고, 여전히 초기 주차 궤도에 있는 것으로 확인되었으며, 연소가 일어나지 않았다는 것이 확인되었다.[5] 이는 소프트웨어 문제로 인해 자세를 잃었기 때문으로, 위성은 태양을 향해 회전하는 비상용 세이프 모드 자세가 되어 명령을 실행할 수 없어 제어 불능 상태가 되었다.
처음에는 발사 후 배터리가 소모되기 전에 우주선을 구조할 시간이 약 3일 있었다.[55] 이후 우주선의 태양 전지판이 전개되어 기술자들에게 통제를 복구할 시간이 더 주어졌다.[40]
11월 22일, 유럽 우주국(ESA)의 오스트레일리아 퍼스 추적 기지에서 탐사선의 신호를 감지했다.[42] 독일 다름슈타트에 있는 유럽 우주 작전 센터(ESOC)는 퍼스에 있는 15m 접시 시설에 신호 수신 가능성을 높이기 위해 몇 가지 수정 작업을 거친 후, 2011년 11월 22일 20:25 UTC에 접촉이 이루어졌다고 보고했다. 이 통신에서는 어떠한 원격 측정 데이터도 수신되지 않았다.[43]
11월 23일, 퍼스 기지는 다시 우주선과 접촉하여 6분 동안 약 400개의 원격 측정 "프레임"과 도플러 정보를 수신했지만,[43][45][46] 추가 통신은 실패했다.[48] 11월 24일, 로스코스모스는 카자흐스탄, 바이코누르에서 포보스-그룬트로부터 원격 측정 데이터를 수신했지만, 접촉 시도는 실패했다. 이 원격 측정 데이터는 탐사선의 무선 장비가 작동하고 있으며 우주선의 비행 제어 시스템과 통신하고 있음을 보여주었다.
유럽 우주국은 12월 2일에 탐사선과의 접촉 노력을 종료하기로 결정했다.[51]
5. 실패 원인
초기에 러시아 연방 우주국(Roscosmos)의 수장인 블라디미르 포포프킨은 포보스-그룬트의 실패가 외국에 의한 사보타주의 결과일 수 있다고 시사했다.[58][59] 그는 또한 제한된 자금 때문에 위험한 기술적 결정이 내려졌다고 진술했다. 2012년 1월 17일, 신원을 알 수 없는 러시아 관리는 마셜 제도에 주둔한 미국 레이더가 의도치 않게 탐사선을 무력화시켰을 수 있다고 추측했지만, 증거는 제시하지 않았다.[60] 포포프킨은 마이크로칩이 위조되었을 수 있다고 시사했으며,[61][62] 이후 2012년 2월 1일, 우주 방사선의 급증이 컴퓨터를 재부팅시키고 대기 모드로 전환시켰을 수 있다고 발표했다.[63][64] 업계 전문가들은 이러한 급증의 영향이 지구 자기장의 보호를 받는 저궤도에서는 발생하기 어렵다는 점을 지적하며 이러한 주장에 의문을 제기했다.[65]
2012년 2월 6일, 사고 조사 위원회는 포보스-그룬트 임무가 "온보드 컴퓨터의 두 개의 작동 채널을 동시에 재부팅하게 한 프로그래밍 오류"로 인해 실패했다고 결론지었다. 탐사선의 로켓 팩은 컴퓨터 재부팅으로 인해 발사되지 못했고, 결국 탐사선은 지구 궤도에 갇혔다.[66][67] 지구 궤도 이탈을 준비하는 동안, 2대의 탑재 컴퓨터가 동시에 리부트되었고, 전력 절약과 위성 보호를 위해 위성은 세이프 모드에 들어가 명령이 오기를 기다리는 대기 상태가 되었다. 이 리부트가 일어난 가장 유력한 원인은 우주에서 온 고전하 입자로, 이로 인해 메모리에 문제가 생겼을 가능성이 있다.
TsVM-22 컴퓨터 2대 중 1대를 완전히 정지시킨 채 발사하기로 결정하여, 비행 제어용 컴퓨터의 이중화가 상실된 상태로 발사되었다. 러시아 연방 우주국 상부로부터 예정대로 발사하라는 강한 압력이 있었다는 정보도 있다.
구체적인 실패 원인이 밝혀졌지만, 전문가들은 이는 부실한 품질 관리,[68][69] 테스트 부족,[70] 보안 문제 및 부패의 총체적인 결과라고 지적한다.[71] 비행 제어 시스템 BKU는 소프트웨어 오류로 인해 여러 번 시험이 중단되었고, 코드 재작업이 필요하는 등 미션 준비가 완료되지 않은 상태였다. 또한, 소프트웨어 패치의 재시험은 실제로 불가능한 상태에서 바이코누르에서 시험이 진행되었다.[118][119] 러시아 대통령 드미트리 메드베데프는 책임자들이 처벌받아야 하며, 어쩌면 형사 기소까지 해야 한다고 시사했다.[61][72][73]
6. 대기권 재진입 및 잔해
포보스 그룬트에는 재진입 전 약 7.51톤의 고도로 유독한 히드라진과 사산화 질소가 탑재되어 있었다.[54][55] 이 물질들은 우주선 상단부의 연료였으며, 어는점은 각각 2 °C와 −11.2 °C였다. 일반적으로 액체 상태로 유지되어 재진입 과정에서 연소될 것으로 예상되었다.[55] 그러나 미국 항공우주국(NASA)의 제임스 오버그는 이 물질들이 얼어붙어 충돌 지역을 오염시킬 가능성이 있으며, 포보스-그룬트가 회수되지 않으면 궤도에서 추락하는 가장 위험한 물체가 될 수 있다고 경고했다.[54]반면 러시아 연방 우주국(Roscosmos)은 우주선이 재진입 중 파괴될 것이며, 잔해가 지구 표면에 도달할 가능성은 매우 낮다고 주장했다.[55] 또한, 포보스-그룬트 위성에는 토양 분석용으로 방사성 동위원소인 코발트-57이 탑재되어 있었지만, 10마이크로그램 이하의 미량이므로 환경에 미치는 영향은 없을 것으로 예상되었다.[116][123]
러시아 군사 소식통은 포보스-그룬트가 17:45 UTC경 대기권에 재진입했을 때 뉴질랜드와 남아메리카 사이의 태평양 상공에 있었다고 추정했다. 처음에는 잔해가 아르헨티나 산타페 서쪽 145km 지점에 도달할 것으로 예상되었으나, 러시아 군 공군 및 우주 방위군은 최종적으로 칠레 웰링턴 섬 서쪽 1247km 지점의 태평양에 추락했다고 발표했다.[7] 그러나 국방부 대변인은 이러한 추정치가 목격 보고 없이 계산에만 근거한 것이라고 밝혔다. 러시아 민간 탄도 전문가들은 파편이 더 넓은 지역에 떨어졌으며, 추락 지점의 중간 지점이 브라질 고이아스 주에 있다고 주장했다.[56][57]
포보스-그룬트의 무게는 13,500kg이며, 지구 궤도 이탈을 위한 분사가 불가능했기 때문에, 약 8톤 이상의 유해한 비대칭 디메틸히드라진(UDMH)과 사산화이질소(NTO)로 구성된 추진제가 남은 채로 대기권에 진입했다.[120] 추진제 탱크는 알루미늄 합금으로 제작되어 재진입 시 빠른 단계에서 폭발・연소되어 소실될 것으로 추정되었다.[121] 이는 티타늄으로 제작되어 재진입 시의 고열에도 견딜 수 있었던 USA-193 위성의 연료 탱크와 대조적이다.[122] 한편 러시아는 이 위성의 약 200kg의 파편, 20~30개가 소실되지 않고 지상에 도달할 것을 인정했으며,[116] 가장 큰 파편은 포보스의 토양을 지구로 회수하기 위한 재진입 캡슐(무게 215kg)이었다.[124]
7. 과학적 목표 및 탑재체
포보스-그룬트는 일반 관측 장치 외에 샘플 회수에 사용되는 토양 채취 장치와 귀환용 로켓을 갖추어 무게 13톤을 넘는 대규모 탐사선이 되었다.[1] 국제 협력으로 중국·미국 행성 협회가 설계한 모듈도 탑재했다.
포보스 그룬트에는 다음과 같은 과학 장비가 탑재되었다:
- 항법 및 유도를 위한 TV 시스템 (TSNN)
- 가스 분석 패키지: 열차동 분석기 (TDA), 가스 크로마토그래프 (KhMS-1F), 질량 분석기 (MAL-1F)
- 감마선 분광계 (FOGS)
- 중성자 분광계 (KhEND)
- 레이저 비행 시간 질량 분석기 (LAZMA)
- 뫼스바우어 분광계 (MIMOS-II)
- 열 감지기 (TERMO-FOB)
- 푸리에 분광계 (AOST)
- 에셸 분광계 (TIMM)
- 지진 중력계 (GRAS-F)
- 지진계 (SEISMO)
- 장파 레이더 (DPR)
- 가시광선 및 근적외선 현미경 (MicrOmega)
- 먼지 계수기 (Meteor-F)
- 선량계 (Liulin-F)
- 이차 이온 질량 분석기 (MANAGA-F)
- 광학 태양 및 별 센서 (LIBRATsIYa)
- 플라즈마 복합체 (FPMS): 플럭스게이트 자력계 (DFM), 유도 자기 센서 (KVD), 이온 질량 분석기 (DIM, DI)
- 초안정 발진기 (USO1)
- 잉후오-1 (YH-1) 우주선과 함께 이온층 매개변수 실험 (MROE)
- BioPhobos/Anabioz
- BioPhobos/LIFE (살아있는 행성 간 비행 실험)
토양 채취에는 팔 형태의 장치를 사용, 깊이 2cm까지의 포보스 표토를 200g 정도 긁어낼 계획이었다.[1] 루나 달 탐사선처럼 드릴로 심층의 흙을 파내는 것도 검토되었지만, 포보스의 표면 중력이 달에 비해 매우 작아 굴착의 반동으로 탐사선의 안정성이 유지되지 않을 우려가 있어 단념되었다.[1]
샘플을 실은 컨테이너 발사에는 로켓 분사가 아닌 스프링의 힘을 이용했다.[1] 이는 포보스에 남아 활동하는 탐사선 본체에 위험이 미치지 않도록 하기 위한 배려였다. 포보스는 중력이 약하기 때문에 이 방법으로도 충분한 고도에 도달할 수 있었다. 컨테이너는 안전한 고도에 도달한 후 로켓 엔진을 점화하여 포보스의 중력권을 이탈할 예정이었다.[1]
7. 1. 과학적 목표
포보스-그룬트는 화성의 위성 포보스의 토양 샘플을 지구로 가져와 샘플 반환을 통해 포보스, 화성 및 화성 주변 환경에 대한 과학적 연구를 수행하는 것을 목표로 했다.[90] 주요 연구 목표는 다음과 같다.- ''현장 관측'' 및 원격 포보스 연구 (토양 샘플 분석 포함)를 진행한다.
- 먼지 폭풍의 역학을 포함한 화성 대기 현상을 모니터링한다.
- 방사선 환경, 플라스마 및 먼지를 포함한 화성 주변을 연구한다.[38]
- 화성 위성의 기원과 화성과의 관계를 연구한다.
- 지구형 행성 형성에 있어 소행성 충돌이 하는 역할 연구를 진행한다.
- 과거 또는 현재 생명체 존재 여부 탐색 (생체 지표)을 진행한다.[91]
- 3년 간의 행성 간 왕복 여행이 작은 밀폐 캡슐 내 극호성 미생물에 미치는 영향 연구 (LIFE 실험)를 수행한다.[92]
7. 2. 탑재체
포보스 그룬트에는 다음과 같은 과학 장비가 탑재되었다:- 항법 및 유도를 위한 TV 시스템 (TSNN)
- 가스 분석 패키지: 열차동 분석기 (TDA), 가스 크로마토그래프 (KhMS-1F), 질량 분석기 (MAL-1F)
- 감마선 분광계 (FOGS)
- 중성자 분광계 (KhEND)
- 레이저 비행 시간 질량 분석기 (LAZMA)
- 뫼스바우어 분광계 (MIMOS-II)
- 열 감지기 (TERMO-FOB)
- 푸리에 분광계 (AOST)
- 에셸 분광계 (TIMM)
- 지진 중력계 (GRAS-F)
- 지진계 (SEISMO)
- 장파 레이더 (DPR)
- 가시광선 및 근적외선 현미경 (MicrOmega)
- 먼지 계수기 (Meteor-F)
- 선량계 (Liulin-F)
- 이차 이온 질량 분석기 (MANAGA-F)
- 광학 태양 및 별 센서 (LIBRATsIYa)
- 플라즈마 복합체 (FPMS): 플럭스게이트 자력계 (DFM), 유도 자기 센서 (KVD), 이온 질량 분석기 (DIM, DI)
- 초안정 발진기 (USO1)
- 잉후오-1 (YH-1) 우주선과 함께 이온층 매개변수 실험 (MROE)
- BioPhobos/Anabioz
- BioPhobos/LIFE (살아있는 행성 간 비행 실험)
일반 관측 장치 외에도 샘플 회수에 사용되는 토양 채취 장치와 귀환용 로켓이 포함되어, 포보스-그룬트는 무게 13톤이 넘는 대규모 탐사선이 되었다.[1] 중국과 미국의 행성 협회가 설계한 모듈도 국제 협력을 통해 탑재되었다.
토양 채취에는 팔 형태의 장치를 사용, 깊이 2cm까지의 포보스 표토를 200g 정도 긁어낼 계획이었다.[1] 루나 달 탐사선처럼 드릴로 심층의 흙을 파내는 것도 검토되었지만, 포보스의 표면 중력이 달에 비해 매우 작아 굴착의 반동으로 탐사선의 안정성이 유지되지 않을 우려가 있어 단념되었다.[1]
샘플을 실은 컨테이너 발사에는 로켓 분사가 아닌 스프링의 힘을 이용했다.[1] 이는 포보스에 남아 활동하는 탐사선 본체에 위험이 미치지 않도록 하기 위한 배려였다. 포보스는 중력이 약하기 때문에 이 방법으로도 충분한 고도에 도달할 수 있었다. 컨테이너는 안전한 고도에 도달한 후 로켓 엔진을 점화하여 포보스의 중력권을 이탈할 예정이었다.[1]
8. 임무 계획 (실패)
wikitext
행사 | 날짜 | 비고 |
---|---|---|
지구 궤도 출발 | 2011년 10월 28일 – 11월 21일 | 지구-화성 항해 중 최대 130 m/s 델타-v의 세 번의 궤도 수정이 예상됨 |
화성 도착 | 2012년 8월 25일 – 9월 26일 | 초기 화성 분리 궤도 진입을 위한 945 m/s 감속 연소. 근점 = 800 ± 400 km, 원점 = 79,000 km, 주기는 3일. 추진 모듈과 잉후오 1호가 나머지 우주선과 분리됨. |
중간 화성 궤도로 이동 | 2012년 10월 – 12월 | 220 m/s 엔진 연소로 근점을 6499 km까지 올려 궤도 주기를 3.3일로 변경하고 궤도 경사를 포보스의 경사로 변경. |
포보스 관측 궤도로 이동 | 2012년 12월 | 705 m/s 엔진 연소로 평균 반지름이 9910 km, 즉 포보스 궤도보다 약 535 km 높은 초기 원형 궤도에 진입, 궤도 주기 = 8.3시간. |
포보스 랑데부 | 2013년 1월 | 45 m/s + 20 m/s 엔진 연소로 탐사선이 항상 포보스에서 50..140 km 이내에 머무는 준동기 궤도로 이동. |
포보스 착륙 및 지표면 활동 | 2013년 1월 말 – 4월 초 | 착륙 기동은 2시간 소요 (100 m/s 델타 V 궤도 변경). |
지구 귀환선 (ERV)을 착륙선에서 분리 | 2013년 4월 | 포보스보다 300–350 km 낮은 궤도에 진입하기 위한 10 m/s + 20 m/s 궤도 변경, 주기는 7.23시간. |
ERV 이동 궤도 | 2013년 8월 시작 | 3일 타원 이동 궤도 진입을 위한 740 m/s 근점 연소. |
ERV 궤도 진입 전 | 2013년 8월 중순 | 화성 표면 위 500–1000 km까지 근점 거리를 줄이면서 궤도 경사를 변경하기 위한 125 m/s 연소. |
ERV 지구 귀환 주입 연소 | 2013년 9월 3일 – 23일 | 화성 궤도에서 가속하기 위한 최종 790 m/s 엔진 연소. |
ERV 지구 도착 | 2014년 8월 15일 – 18일 | 대기 진입 전에 최대 5번의 궤도 수정 (총 델타 V < 130 m/s)이 수행될 예정. |
포보스-그룬트는 일반 관측 장치 외에 샘플 회수에 사용되는 토양 채취 장치와 귀환용 로켓을 갖추어 무게 13톤을 넘는 대규모 탐사선이 되었다. 국제 협력으로 중국·미국 행성 협회가 설계한 모듈도 탑재했다.
2010년 10월 시점에서는 다음과 같은 일정이 예정되었다.[1]
- 2011년 11월: 지구에서 발사.
- 2012년 10월 9일: 화성 궤도에 진입. 잉훠 1호를 분리하여 궤도를 변경하면서 관측을 수행.
- 2013년 2월 9일: 궤도를 변경하여 포보스에 접근.
- 2013년 2월: 포보스에 착륙.
- 2013년 2월-3월: 토양을 담은 컨테이너를 포보스에서 발사하여 지구로 향하는 궤도에 진입시킨다.
- 2014년 8월: 토양을 담은 캡슐이 지구로 귀환.
포보스 표토 채취에는 팔 형태의 장치를 사용, 깊이 2cm까지의 표토를 200g 정도 긁어낼 계획이었다.[1] 루나 달 탐사선처럼 드릴로 심층의 흙을 파내는 것도 검토되었지만, 포보스의 표면 중력이 달에 비해 매우 작아 굴착의 반동으로 탐사선의 안정성이 유지되지 않을 우려가 있어 단념되었다.[1]
샘플을 실은 컨테이너 발사에는 로켓 분사가 아닌 스프링의 힘을 이용했다.[1] 이는 포보스에 남아 활동하는 탐사선 본체에 위험이 미치지 않도록 하기 위한 배려이다. 포보스는 중력이 약하기 때문에 이 방법으로도 충분한 고도에 도달할 수 있다. 컨테이너는 안전한 고도에 도달한 후 로켓 엔진을 점화하여 포보스의 중력권을 이탈할 예정이었다.
샘플 회수용 기체는 지구까지 귀환, 마지막 궤도 조정을 한 후 돌입 며칠 전에 회수 캡슐을 분리하고, 캡슐은 그대로 대기권에 돌입한다. 이 캡슐은 낙하산을 사용한 감속은 하지 않고, 공기 저항만으로 속도를 줄여 지면에 격돌하여 회수된다. 무선기도 탑재하지 않아, 회수 부대는 광학 관측과 레이더 관측만으로 낙하 지점을 좁혀 회수를 할 예정이었다.
8. 1. 여정
포보스 그룬트의 화성까지 여정은 약 10개월이 걸릴 예정이었다.[96][97] 화성 궤도에 도착하면 주 추진 장치와 이송 트러스가 분리되고, 중국의 화성 궤도선 잉훠 1호가 방출될 예정이었다.[96][97] 이후 포보스 그룬트는 포보스에 착륙하기 전 수개월 동안 궤도에서 행성과 위성을 연구할 계획이었다.[96][97] 막심 마르티노프에 따르면, 지구로부터의 오염 물질이 화성에 유입되는 것을 방지하는 것이 필수적이었다.[96][97]2010년 10월 시점에서는 다음과 같은 일정이 예정되었다.[1]
- 2011년 11월: 지구에서 발사.
- 2012년 10월 9일: 화성 궤도에 진입하여 잉훠 1호를 분리.
- 2013년 2월 9일: 궤도를 변경하여 포보스에 접근.
- 2013년 2월: 포보스에 착륙.
- 2013년 2월-3월: 토양을 담은 컨테이너를 포보스에서 발사.
- 2014년 8월: 토양을 담은 캡슐이 지구로 귀환.
포보스 표토는 팔 형태의 장치를 사용하여 채취하고, 깊이 2cm까지의 표토를 200g 정도 긁어낼 계획이었다. 루나 달 탐사선처럼 드릴 사용도 검토되었지만, 포보스의 표면 중력이 작아 탐사선의 안정성 유지가 어려워 단념되었다. 샘플을 실은 컨테이너는 스프링의 힘을 이용하여 발사하고, 안전한 고도에 도달한 후 로켓 엔진을 점화하여 포보스의 중력권을 이탈할 예정이었다. 샘플 회수용 기체는 지구로 귀환하여 캡슐을 분리하고, 캡슐은 낙하산 없이 공기 저항만으로 속도를 줄여 지면에 격돌하여 회수될 예정이었다.
8. 2. 포보스 표면에서의 활동 (계획)
포보스 착륙 예정지는 남위 5도에서 북위 5도 사이, 동경 230도에서 235도 지역이었다.[98] 착륙선이 포보스에 착륙한 직후 토양 샘플 수집이 시작되어 2~7일 동안 진행될 예정이었다.[99]로봇 팔은 직경 최대 1.3 cm의 샘플을 수집하여 총 85~156 g의 토양을 얻을 예정이었다.[99] 샘플은 캡슐에 담겨 하강 모듈로 이동한 후,[96] 귀환 단계가 지구로 출발할 예정이었다. 포보스 토양의 특성이 불확실했기 때문에, 착륙선에는 폴란드에서 제작된 드릴인 또 다른 토양 추출 장치가 포함되어 있어, 주요 채취 장치에 비해 토양이 너무 암석질인 경우 사용되었을 것이다.[10][32]
귀환 단계가 떠난 후, 착륙선의 실험은 1년 동안 포보스 표면에서 ''현장''에서 계속될 예정이었다.[99] 로봇 팔은 더 많은 샘플을 가열하고 방출 스펙트럼을 분석하는 챔버에 넣었을 것이다. 이 분석을 통해 물과 같은 휘발성 화합물의 존재를 확인할 수 있었을 것이다.[99]
포보스-그룬트는 일반 관측 장치 외에 샘플 회수에 사용되는 토양 채취 장치와 귀환용 로켓을 갖추어 무게 13톤을 넘는 대규모 탐사선이 되었다.
2013년 2월 포보스 착륙이 예정되어 있었고,.[1] 2013년 2월-3월에는 토양을 담은 컨테이너를 포보스에서 발사하여 지구로 향하는 궤도에 진입시킬 예정이었다.[1]
토양 채취에는 팔 형태의 장치를 사용, 깊이 2cm까지의 포보스 표토를 200g 정도 긁어낼 계획이었다. 루나 달 탐사선처럼 드릴로 심층의 흙을 파내는 것도 검토되었지만, 포보스의 표면 중력이 달에 비해 매우 작아 굴착의 반동으로 탐사선의 안정성이 유지되지 않을 우려가 있어 단념되었다.
샘플을 실은 컨테이너 발사에는 로켓 분사가 아닌 스프링의 힘을 이용했다. 이는 포보스에 남아 활동하는 탐사선 본체에 위험이 미치지 않도록 하기 위한 배려이다.
8. 3. 지구로의 샘플 귀환 (계획)
귀환 단계는 착륙선 상단에 장착되어 포보스의 중력을 벗어나기 위해 35 km/h까지 가속해야 했다.[99] 착륙선에 남아있는 실험에 피해를 주지 않기 위해, 귀환 단계는 스프링에 의해 차량이 안전한 높이로 도약한 후에 엔진을 점화했을 것이다.[99]포보스 그룬트의 지구 귀환은 2014년 8월로 예정되어 있었다.[99] 토양 샘플(최대 0.2 kg)이 들어있는 11kg의 하강 차량은 지구에 직접 접근하여 12 km/s의 속도로 방출될 예정이었다.[100] 30 m/s로 공기역학적 제동을 한 후,[96][101] 원추형 하강 차량은 카자흐스탄의 사리 샤간 시험장에서 낙하산 없이 강제 착륙을 수행했을 것이다.[96][101] 이 차량에는 어떤 무선 장비도 없었으며,[10] 지상 기반 레이더 및 광학 관측을 사용하여 차량의 귀환을 추적했을 것이다.[102]
샘플을 실은 컨테이너 발사에는 로켓 분사가 아닌 스프링의 힘을 이용했다. 이는 포보스에 남아 활동하는 탐사선 본체에 위험이 미치지 않도록 하기 위한 배려였다. 포보스는 중력이 약하기 때문에 이 방법으로도 충분한 고도에 도달할 수 있었다. 컨테이너는 안전한 고도에 도달한 후 로켓 엔진을 점화하여 포보스의 중력권을 이탈할 예정이었다.
샘플 회수용 기체는 지구까지 귀환, 마지막 궤도 조정을 한 후 돌입 며칠 전에 회수 캡슐을 분리하고, 캡슐은 그대로 대기권에 돌입할 예정이었다. 이 캡슐은 낙하산을 사용한 감속은 하지 않고, 공기 저항만으로 속도를 줄여 지면에 격돌하여 회수될 예정이었다. 무선기도 탑재하지 않아, 회수 부대는 광학 관측과 레이더 관측만으로 낙하 지점을 좁혀 회수를 할 예정이었다.
9. 후속 임무 (포보스-그룬트 2 / 부메랑)
2012년 1월, 러시아 우주 연구소와 라보킨(NPO Lavochkin)의 과학자 및 엔지니어들은 2020년 발사를 목표로 하는 '''포보스-그룬트-2'''[74]와 '''부메랑'''[75][76]이라는 이름의 반복적인 샘플 반환 미션을 제안했다.[77][78] 러시아가 유럽 우주국의 엑소마스 프로그램에 협력하기로 합의한 이후,[79] 포보스-그룬트를 위해 원래 개발된 일부 장비는 엑소마스 추적 가스 궤도선에 탑재되어 발사되었다.[80]
2014년 8월 2일, 러시아 과학 아카데미는 포보스-그룬트 반복 미션이 대략 2024년에 재개될 수 있다고 발표했다.[81][82] 2015년 8월, ESA-로스코스모스의 포스트-엑소마스 협력에 관한 실무 그룹은 미래의 포보스 샘플 반환 미션에 대한 공동 연구를 완료했고, 예비 논의가 진행되었으며,[83][84] 2015년 5월 러시아 과학 아카데미는 예산 제안서를 제출했다.[83][85]
2023년 9월 현재, 로스코스모스는 "2030년 이후" 부메랑을 발사할 계획이었다.[86]
부메랑은 마르스-그룬트라고 불리는 러시아 화성 샘플 반환 미션의 첫 번째 단계가 될 것이다.[87][88][89] 이 화성 샘플 반환 미션은 포보스-그룬트-2에서 입증된 기술을 바탕으로 개발될 것이다.[74]
10. 비판
국제 화성 샘플 반환 반대 위원회(ICAMSR)의 이사 배리 E. 디그레고리오는 포보스-그룬트가 탑재한 LIFE 실험이 통제 불능 상태로 화성이나 포보스에 추락할 경우, 포함된 미생물로 인해 행성을 오염시켜 우주 조약을 위반할 수 있다고 비판했다.[106] 우주왕복선 컬럼비아호 참사에서 ''Microbispora'' 박테리아가 생존한 것을 근거로, 열에 강한 극한 미생물이 추락에서 살아남을 수 있다는 추측이 제기되었다.[107]
포보스-그룬트 수석 설계자 막심 마르티노프는 탐사선이 실수로 화성 표면에 도달할 확률은 COSPAR의 행성 보호 정책에 정의된, 포보스-그룬트에 할당된 유형인 Category III 임무에 대해 지정된 최대 확률보다 훨씬 낮다고 반박했다(우주 조약 제IX조에 따라).[96][97]
11. 한국과의 관련성 (개요에 추가)
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