화성 탐사차
1. 개요
화성 탐사차는 화성 표면을 이동하며 과학적 데이터를 수집하도록 설계된 로봇 탐사차를 의미한다. 현재까지 여러 국가에서 다양한 화성 탐사차를 발사했으며, 1971년 소련의 마르스 2호와 3호에 탑재된 Prop-M 로버가 최초로 화성 표면에 도달했지만, 임무 수행에는 실패했다. 이후 미국은 소저너, 스피릿, 오퍼튜니티, 큐리오시티, 퍼서비어런스 등의 탐사차를 성공적으로 화성에 착륙시켰으며, 중국은 주룽을 2021년에 착륙시켰다. 이러한 탐사차들은 화성의 지질, 기후, 생명체 존재 여부 등을 조사하는 것을 목표로 하며, 다양한 과학 장비를 탑재하여 임무를 수행한다.
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화성 탐사차 -
스피릿 (탐사차)
스피릿은 2004년 화성에 착륙하여 물의 존재 증거를 찾고 지형을 분석하는 임무를 수행했으며, 예상보다 긴 6년 이상 활동하다가 2011년 임무가 종료되었다. -
화성 탐사차 -
화성 과학 실험실
화성 과학 실험실(MSL)은 NASA의 탐사 임무로, 큐리오시티 로버를 통해 화성의 생명체 존재 가능성을 탐사하고 기후, 지질, 유인 탐사를 위한 준비를 연구하며, 2011년에 발사되어 2012년 게일 분화구에 착륙했다. -
착륙선 -
바이킹 1호
바이킹 1호는 1975년에 발사되어 1976년 화성 궤도에 진입한 미국의 무인 탐사선으로, 궤도선과 착륙선으로 구성되어 화성의 표면 사진 촬영, 대기 및 토양 분석, 생명체 존재 가능성 탐색 등의 임무를 수행했으며, 특히 착륙선은 크리세 평원에 착륙하여 화성 표면 이미지를 처음으로 지구로 전송하고 과학 실험을 통해 화성 이해에 기여했다. -
착륙선 -
바이킹 2호
바이킹 2호는 1975년 발사되어 1976년 화성 궤도에 진입한 미국의 화성 탐사선으로, 궤도선과 착륙선으로 구성되어 화성 표면 사진 촬영, 착륙 지점 선정, 토양 분석, 생명체 탐색 실험 등을 수행했으며, 궤도선은 물의 존재 증거를 발견하고 착륙선은 1980년 배터리 고장으로 작동이 중지되었다.
2. 화성 탐사 로버 목록
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* 큐리오시티 - 마스 과학 실험실에 탑재. 2012년 8월 5일 착륙 성공. 2 화성년의 운용을 거쳐, 현재도 운용 중.
* 퍼서비어런스 - 마스 2020 미션으로 2020년 7월 30일 발사. 화성 헬리콥터 인제뉴이티도 탑재하여, 2021년 2월 19일 착륙 성공.
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마르스 2호 및 3호는 소련에 의해 발사되었으며, 모두 동일 설계의 "Prop-M" 로버를 탑재했다. 4.5kg의 기체는 착륙선과 케이블로 연결되어 있으며, 기체 하부의 좌우에 부착된 스키판과 같은 것으로 이동할 예정이었다. 그러나 마르스 2호는 지표와 충돌, 3호는 착륙 후 1분도 안 되어 통신이 두절되었다。
*로잘린드 프랭클린의 이름을 딴 ESA의 로버는, 2022년 발사를 예정하고 있다。
2.1. 운용 중
* 미국 NASA의 화성 과학 실험실(MSL) 미션의 큐리오시티(Curiosity)는 2011년 11월 26일에 발사되었고, 2012년 8월 6일 게일 크레이터의 Aeolis Palus 평원(비공식적으로 "샤프 산")에 착륙했다. 큐리오시티 탐사차는 2024년 현재까지도 운용 중이다.
* 퍼서비어런스(Perseverance)는 성공적인 큐리오시티 설계를 기반으로 한 NASA의 탐사차이다. 2020년 7월 30일 Mars 2020 미션으로 발사되었고, 2021년 2월 18일에 착륙했다. 이는 화성 헬리콥터 인저뉴어티를 복부에 부착하여 운반했다. 인저뉴어티의 임무는 종료되었지만, 퍼서비어런스는 2024년 3월 현재까지도 운용 중이다.
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2.1.1. 큐리오시티 (Curiosity)
큐리오시티는 미국 NASA의 화성 과학 실험실(Mars Science Laboratory, MSL) 미션의 일부로, 2012년에 화성에 착륙하여 현재까지 운용 중인 로버이다.
2.1.2. 퍼서비어런스 (Perseverance)
퍼서비어런스(Perseverance)는 미국 NASA의 화성 탐사 로버(Rover)이다. 2021년 2월 18일에 화성의 예제로 크레이터에 착륙하였으며, 현재까지도 운용중이다. 2020년 7월 30일에 발사되었다. 퍼서비어런스는 화성 헬리콥터 인저뉴어티를 탑재하였다.
2.2. 과거
* 소저너(Sojourner) 로버는 Mars Pathfinder에 탑재되어, 1997년 7월 4일 화성에 성공적으로 착륙했다. 1997년 9월 27일에 통신이 두절되었으며, 소저너는 100m를 조금 넘는 거리를 이동했다.
* 스피릿(Spirit) (MER-A)은 화성 탐사 로버(MER)로, 2003년 6월 10일에 발사되어, 2004년 1월 4일에 착륙했다. 원래 임무 기간보다 거의 6년이 지난 후, 스피릿은 총 7.73km를 이동했지만 바퀴가 모래에 갇혔다. 로버로부터의 마지막 통신은 2010년 3월 22일이었고, NASA는 2011년 5월 25일에 통신 재개 시도를 중단했다.
* 오퍼튜니티(Opportunity) (MER-B)는 화성 탐사 로버로, 2003년 7월 7일에 발사되어 2004년 1월 25일에 착륙했다. 오퍼튜니티는 5,352 솔 (착륙부터 임무 종료까지 5498 지구일; 15 지구년 또는 8 화성년) 동안의 생존 기록을 갱신했고 45.16km를 이동했다. 로버는 배터리를 충전하는 데 필요한 햇빛을 차단한 전 세계적인 2018년 화성 먼지 폭풍으로 인해 2018년 6월 10일에 마지막 상태를 전송했다. 로버를 재활성화하기 위한 수백 번의 시도 후, NASA는 2019년 2월 13일에 임무 완료를 선언했다.
* 주룽(Zhurong)은 2020년 7월 23일에 톈원-1 CNSA 화성 탐사 임무와 함께 발사되어 2021년 5월 14일 유토피아 평원 남부 지역에 착륙했으며, 2021년 5월 22일에 배치되었고, 2021년 6월 1일에 원격 셀카 카메라를 떨어뜨렸다. 90 솔(93 지구일)의 수명으로 설계되었으며, 주룽은 배치 이후 347 솔(356.5일) 동안 활동했으며, 화성 표면에서 1921m를 이동했다. 2022년 5월 20일부터 로버는 다가오는 모래 폭풍과 화성 겨울로 인해 비활성화되었다. 그러나 태양 전지를 덮는 예상보다 많은 먼지가 쌓여 자체 재활성화가 불가능해졌다. 2023년 4월 25일, 임무 설계자 장룽차오는 마지막 비활성화로 인한 먼지 축적이 계획보다 훨씬 커서 로버가 "영원히" 비활성화될 수 있다고 발표했다.
2.2.2. 스피릿 (Spirit)
스피릿(영어: Spirit)은 미국 항공우주국(NASA)의 화성 탐사 로버(Mars Exploration Rover, MER) 계획의 일환으로 2004년 1월 4일에 화성에 착륙한 탐사차이다. 2009년 5월 1일에 모래에 빠져 움직일 수 없게 될 때까지 탐사를 계속했다. 2010년 3월 22일에 마지막 교신을 끝으로 통신이 두절되었으며, NASA는 2011년 5월 25일까지 교신을 시도했으나 실패로 끝났다.
2.2.3. 오퍼튜니티 (Opportunity)
오퍼튜니티는 미국항공우주국(NASA)의 화성 탐사 로버(MER) 프로그램의 일환으로, 2003년에 발사되어 2004년 1월 25일에 화성에 착륙했다. 오퍼튜니티는 당초 90일 동안 작동할 예정이었으나, 실제로는 2018년 6월까지 약 14년 이상 활동하며 화성 표면을 탐사하고 다양한 과학적 데이터를 지구로 전송했다.
2.2.4. 주룽 (Zhurong)
중국국가항천국(CNSA)의 톈원 1호 미션의 탐사차로, 2021년에 착륙하여 2022년까지 활동했다.
2.3. 실패
* 마스 2, 프롭-M 로버, 1971년, 마스 2 착륙 실패로 프롭-M을 잃음. 소련의 마스 2와 3 우주선에는 동일한 4.5kg 프롭-M 로버가 탑재되어 있었다. 이 로버들은 케이블로 착륙선에 연결되어 스키로 움직이도록 설계되었다.
* 마스 3, 프롭-M 로버, 1971년 12월 2일 성공적으로 착륙. 4.5kg 로버는 마스 3 착륙선에 연결되어 있었다. 마스 3 착륙선이 착륙 후 약 110초 만에 통신이 두절되면서 로버도 함께 손실되었다. 통신 두절은 당시 발생한 매우 강력한 화성 먼지 폭풍 때문이거나, 마스 3 궤도선의 통신 중계 능력에 문제가 있었기 때문일 수 있다.
마르스 2호 및 3호는 소련에 의해 발사되었으며, 모두 동일 설계의 "Prop-M" 로버를 탑재했다. 4.5kg의 기체는 착륙선과 케이블로 연결되어 있으며, 기체 하부의 좌우에 부착된 스키판과 같은 것으로 이동할 예정이었다. 그러나 마르스 2호는 지표와 충돌, 3호는 착륙 후 1분도 안 되어 통신이 두절되었다。
2.3.1. 마스 2호, 3호 (Mars 2, 3)
마스 2호와 마스 3호는 소련의 화성 탐사 계획의 일환으로, 1971년에 발사된 탐사선이다. 마스 2호는 착륙 과정에서 문제가 발생하여 화성 표면에 충돌하며 실패했다. 마스 3호는 연착륙에는 성공했지만, 착륙 후 얼마 지나지 않아 통신이 두절되었다. 이들 탐사선은 화성 표면에 도달한 최초의 인공물이지만, 실질적인 탐사 임무는 수행하지 못했다.
2.4. 계획
유럽 우주국(ESA)의 엑소마스 탐사 로버 로절린드 프랭클린은 2022년 3월 발사 준비가 기술적으로 완료되었으며 2022년 9월 발사 예정이었으나, 로스코스모스와의 협력 중단으로 인해 최소 2028년까지 연기되었다. 대체 발사 옵션을 결정하기 위한 신속 처리 연구가 시작되었다.
* 러시아 모스크바 항공 연구소(Moscow Aviation Institute)와 인도 IIT는 고정익 화성 UAV를 공동 개발하고 있으며, 2025년 말 발사 예정이다.
* 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 멜로스 로버는 2022년에 발사될 예정이었다. JAXA는 2015년 이후로 업데이트를 하지 않고 있다.
* 미국 항공우주국(NASA) 화성 간헐천 호퍼
* 인도 우주 연구 기구(ISRO)는 2030년에 두 번째 화성 탐사 임무인 화성 착륙선 임무의 일환으로 화성 탐사 로버를 제안했다.
* 화성 텀블위드 로버(Mars Tumbleweed Rover)는 구형의 풍력 로버이다. 이 개념은 2000년대 초반에 미국 항공우주국(NASA)에 의해 처음 연구되었다. 2017년부터 팀 텀블위드는 일련의 텀블위드 로버를 개발해 왔다. 이 연구 단체는 2034년까지 90대의 텀블위드 로버 군집을 화성 표면에 착륙시키는 것을 목표로 하고 있다.
2.4.1. 로절린드 프랭클린 (Rosalind Franklin)
유럽 우주국(ESA)의 엑소마스 탐사 로버인 로절린드 프랭클린은 발사가 연기되었다.
2.4.2. 기타 계획
* 일본 우주항공연구개발기구/일본 우주항공연구개발기구일본어(JAXA)의 멜로스 로버는 2022년에 발사될 예정이었으나, JAXA는 2015년 이후로 업데이트를 하지 않고 있다.
* 미국 항공우주국/미국 항공우주국영어(NASA) 화성 간헐천 호퍼
* 인도 우주 연구 기구/인도 우주 연구 기구영어(ISRO)는 2030년에 두 번째 화성 탐사 임무인 화성 착륙선 임무의 일환으로 화성 탐사 로버를 제안했다.
* 화성 텀블위드 로버(Mars Tumbleweed Rover)는 구형의 풍력 로버이다. 이 개념은 2000년대 초반에 미국 항공우주국(NASA)에 의해 처음 연구되었다. 2017년부터 팀 텀블위드는 일련의 텀블위드 로버를 개발해 왔다. 이 연구 단체는 2034년까지 90대의 텀블위드 로버 군집을 화성 표면에 착륙시키는 것을 목표로 하고 있다.
3. 탐사 로버의 장비
(2018년 2월 14일~20일/4998~5004일). 현미경 이미저 장비로 촬영되었다.
착륙한 로버에는 다음과 같은 장비들이 탑재된다.
* 알파 입자 X선 분광계 (MPF + MER + MSL)
* CheMin (MSL)
* 화학 및 카메라 복합체 (MSL)
* 중성자 동적 알베도 (MSL)
* 해저드 카메라 (MER + MSL + M20)
* 마스다이얼 (MER + MSL + M20)
* 재료 부착 실험 (MPF)
* MIMOS II (MER)
* 미니-TES (MER)
* 화성 핸드 렌즈 이미저 (MSL)
* 탐색 카메라 (MER + MSL + M20+TW1)
* 파노라마 카메라 (MER)
* 암석 연마 도구 (MER)
* 방사선 평가 감지기 (MSL)
* 로버 환경 모니터링 스테이션 (MSL)
* 화성 샘플 분석 (MSL)
* EDL 카메라 on Rover (MSL + M20+TW1)
* Cachecam (M20)
* 마스트캠-Z (M20)
* MEDA (M20)
* 마이크 (M20+TW1)
* MOXIE (M20)
* PIXL (M20)
* RIMFAX (M20)
* SHERLOC (M20)
* 슈퍼캠 (M20)
* 원격 카메라 (TW1)
3.1. 큐리오시티의 장비
3.2. 기타 로버의 장비
4. NASA 화성 탐사 로버의 목표
NASA는 "미션" 목표와 "과학" 목표를 구분한다. 미션 목표는 우주 기술 및 개발 과정의 발전에 관련된다. 과학 목표는 우주 임무 동안 장비에 의해 달성된다.
과학 장비는 과학 목표와 목표에 따라 선택되고 설계된다. 스피릿과 오퍼튜니티 탐사차의 주요 목표는 "화성의 물의 역사"를 조사하는 것이었다.
NASA의 장기적인 화성 탐사 프로그램의 네 가지 과학 목표는 다음과 같다.
* 화성에 생명체가 존재했는지 여부 결정
* 화성의 기후 특성화
* 화성의 지질 특성화
* 화성 유인 탐사 준비
4.1. 과학적 목표
NASA는 장기적인 화성 탐사 프로그램의 네 가지 과학 목표를 설정하였다.
* 화성에 생명체가 존재했는지 여부 결정
* 화성의 기후 특성화
* 화성의 지질 특성화
* 화성 유인 탐사 준비
이러한 과학적 목표와 목표에 따라서, 과학 장비가 선택되고 설계된다. 스피릿과 오퍼튜니티 탐사차의 주요 목표는 "화성의 물의 역사"를 조사하는 것이었다.
5. 화성 착륙 지점
화성에는 여러 탐사선과 로버가 착륙했다. 마스 3호는 1971년 12월 2일, 인류 역사상 최초로 화성에 연착륙을 성공한 탐사선이다. 하지만 착륙 후 얼마 지나지 않아 통신이 두절되었다. 마스 6호는 착륙을 시도했으나 실패했다. 바이킹 1호는 1976년 7월 20일 크리세 평원 서쪽 지역에 착륙하여, "토머스 매치 기념 스테이션"으로 명명되었다. 바이킹 2호는 1976년 9월 3일 유토피아 평원에 착륙하여 "제럴드 소펜 기념 스테이션"으로 명명되었다.
1997년 7월 4일에는 마스 패스파인더가 아레스 발리스에 착륙하여 "칼 세이건 기념 스테이션"으로 명명되었으며, 소형 로버 소저너를 통해 탐사를 진행했다. 2004년 1월 4일에는 스피릿 로버가 구세프 분화구에 착륙하여 "컬럼비아 메모리얼 스테이션"으로 명명되었다. 같은 해 1월 25일에는 오퍼튜니티 로버가 메리디아니 평원에 착륙하여 "챌린저 메모리얼 스테이션"으로 명명되었다.
2008년 5월 25일, 피닉스는 화성의 북극 지역 그린 밸리에 착륙했다. 2012년 8월 6일, 큐리오시티 로버는 게일 크레이터 내 아이올리스 몬스 기슭의 "브래드버리 랜딩"에 착륙했다. 2018년 11월 26일, 인사이트는 엘리시움 평원 서부에 착륙했다.
엑소마스의 스키아파렐리 EDM 착륙선은 2016년 10월 19일 착륙을 시도했으나, 하강 도중 추락했다. 2021년 2월 18일, 퍼서비어런스 로버와 인제뉴이티 헬리콥터는 예제로 크레이터의 "옥타비아 E. 버틀러 랜딩"에 착륙했다. 인제뉴이티는 이후 "라이트 형제 필드"에서 최초로 화성 동력 비행에 성공했다.
비글 2호와 마스 폴라 랜더, 딥 스페이스 2호는 착륙 과정에서 통신이 두절되어 실패했다.