MUSE (탐사선)
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목차
1. 개요
MUSE는 천왕성 탐사를 목표로 2012년에 제안된 탐사선으로, 유럽 우주국(ESA)의 지원을 받아 개발이 추진되었다. 18억 유로의 예산으로 계획되었으나, 코스믹 비전 및 뉴 프론티어 계획에서 모두 취소되었다. 2014년 뉴 프론티어 미션 제약 조건 하에 아틀라스 V 551 로켓을 사용하는 방안이 논의되기도 했다. 궤도선은 천왕성 궤도와 위성 탐사 임무를 수행할 예정이었으며, 다양한 과학 장비를 탑재하여 천왕성의 대기 및 위성을 연구할 계획이었으나, 탐사선 발사 계획은 취소되었다.
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| MUSE (탐사선) | |
|---|---|
| MUSE (과학 및 탐사를 위한 천왕성 탐사선) | |
| 임무 개요 | |
| 이름 | Mission to Uranus for Science and Exploration (MUSE) |
| 임무 형태 | 정찰, 대기 탐사 |
| 운영 기관 | 유럽 우주국 |
| 탐사선 정보 | |
| 탐사선 이름 | MUSE |
| 발사 질량 | 4219 kg |
| 건조 질량 | 2073 kg |
| 탑재 질량 | 궤도선: "252 kg" 탐사정: "150 kg" |
| 크기 | 원통형 버스 3 m × 1.6 m |
| 전력 | 436 W |
| 배터리 | 리튬 이온 배터리: "3,376 Wh" |
| 발전기 | ASRG 4개 |
| 발사 정보 | |
| 발사 예정일 | 2026년 9월 (제안) / 2029년 11월 (지연 시) |
| 발사 로켓 | 아리안 6 (제안) |
| 행성 간 이동 (궤도선) | |
| 종류 | 궤도선 |
| 대상 천체 | 천왕성 |
| 공전 횟수 | 36회 |
| 도착 예정일 | 2044년 (제안) / 2049년 (지연 시) |
| 행성 간 이동 (대기 탐사정) | |
| 종류 | 대기 탐사 |
| 대상 천체 | 천왕성 |
| 구성 요소 | 진입 탐사정 |
| 도착 예정일 | 2044년 (제안) |
2. 역사
MUSE는 2012년에 제안되어 개발팀이 구성되었고 예산이 18억유로로 추산되었다.[9] 이후 코스믹 비전 L 그룹의 일환으로 추진이 제안되었으나,[9] 뉴 프론티어 계획과 함께 취소되었다.[11][12]
2. 1. 초기 제안 및 취소 (2012년 ~ 2014년)
MUSE는 2012년에 제안되어 개발팀이 구성되었고 예산이 18억유로로 추산되었다.[9] 이후 코스믹 비전 L 그룹의 일환으로 추진이 제안되었으나,[9] 취소되었다. 2014년 뉴 프론티어 계획에도 제안되었으나 취소되었다.[11][12]2014년, 강화된 뉴 프론티어 미션 제약 조건 하에 MUSE를 고려한 논문이 발표되었다. 이 논문에서는 15억달러의 비용 상한선을 제시했으며, 아틀라스 V 551 로켓을 사용하는 것이 큰 차이점 중 하나였다.[2]
2. 2. 뉴 프론티어 미션 제안 (2014년)
2014년, 강화된 뉴 프론티어 미션의 제약 조건 하에 MUSE를 고려한 논문이 발표되었다. 여기에는 15억달러의 비용 상한선이 포함되었으며, 큰 차이점 중 하나는 아틀라스 V 551 로켓을 사용하는 것이었다.[2]3. 탐사선 구성
MUSE는 크게 궤도선과 대기권 돌입 탐사선으로 구성될 예정이었다. 궤도선은 천왕성 궤도를 돌며 천왕성과 그 위성들을 탐사하고, 대기권 돌입 탐사선은 천왕성 대기에 직접 진입하여 대기를 분석하는 임무를 맡을 계획이었으나, 대기권 돌입 탐사선 계획은 취소되었다.[9][10]
궤도선은 태양과의 거리가 멀어 태양 전지판 대신 고급 스털링 방사성 동위원소 발전기(ASRG)를 사용하며,[3][4] 모노메틸히드라진과 혼합 산화질소(MMH/MON) 추진제 조합을 사용하는 화학 추진 시스템으로 지구-천왕성 전이 궤도를 이동한다.[4] 궤도선에는 천왕성과 그 위성들에 대한 과학적 탐사를 수행하기 위해 다음과 같은 다양한 관측 장비가 탑재될 예정이었다.
| 기기 | 설명 | 크기, 범위, 해상도 | 기원 |
|---|---|---|---|
| VINIRS | 가시광선 및 근적외선 분광기 | 전자기파: λ: 0.25–5 μm 96 밴드(밴드당 1.8 nm) | 돈 |
| IRS | 열적외선 분광기 | 전자기파: λ: 7.16–16.67 μm 0.273 mrad 사각형의 1×10 어레이 | 카시니 |
| UVIS | 자외선 영상 분광기 | 전자기파: λ: 55.8–190 nm | 카시니 |
| RPW | 전파 및 플라스마파 기기 | 전자기파 및 플라스마파: 1 Hz–16 MHz(다양한 채널) | 카시니 |
| MAG | 플럭스 게이트 자력계 | 자기장: 0–20000 nT 이중 3-축 <1 nT 정확도 | 주노 MAG 스웜 |
| TELFA | ELF 안테나 | 전자기파: 슈만 공명 | C/NOFS 안테나 |
| ICI | 이온 조성 기기 | 양의 이온: 25 eV–40 keV (dE/E = 0.07) | 로제타 ICA[6] |
| IES | 이온 및 전자 센서 | 전자 및 이온: 1 eV/e–22 keV/e (dE/E = 0.04) | 로제타 IES[6] |
| EPD | 고에너지 입자 검출기 | 입자(자유 태양풍 및 반 알렌 복사대에 포함된 입자): 양성자: 15 keV–3 MeV 알파 입자: 25 keV–3 MeV CNO: 60 keV–30 MeV 전자: 15 keV–1 MeV | 뉴 호라이즌스 PEPSSI |
| NAC | 협각 카메라 | 전자기파: 350–1050 nm 6 μrad/픽셀 | 카시니 |
| WAC | 광각 카메라 | 전자기파: 350–1050 nm 60 μrad/픽셀 | 카시니 |
| RSE | 전파 과학 실험 | 전파 발진기의 앨런 분산: T = 100 1×10−13 s S, X 및 Ka 밴드에서 작동하는 트랜스폰더 | 카시니 |
| MWR | 마이크로파 방사계 | 전자기파: 0.6–22 GHz 이득 최대 80 dB 200 bar 대기압까지 온도 프로파일 결정 | 주노 MWR |
| DC | 먼지 분석기 | 행성간 먼지 입자: 10−15–10−9 kg 1–10 μm (반경) | 카시니 뉴 호라이즌스 SDC |
대기권 돌입 탐사선은 천왕성 대기 진입 20일 전 궤도선에서 분리되어 21.8km/s의 속도로 고도 700km에서 천왕성 대기에 진입, 자유 낙하하며 대기를 측정할 예정이었다.[3][4] 대기 탐사선에는 대기 성분, 밀도, 압력, 온도, 바람 등을 측정하는 아래와 같은 장비들이 탑재될 예정이었으나, 탐사선 계획은 취소되었다.[9][10]
| 기기 | 설명 | 크기, 범위, 해상도 | 기원 |
|---|---|---|---|
| DWE | 도플러 바람 실험 | 바람의 속도: 1m/s 해상도 20bar 대기압까지 바람 프로파일 결정 | 호이겐스 |
| AP3 | 대기 물리적 특성 패키지 | 온도, 압력 및 밀도 프로파일: 깊이: 0–20bar | 호이겐스 |
| GCMS | 기체 크로마토그래프 및 질량 분광계 | 원자 및 화합물: 중금속, 불활성 기체들, 핵심 동위원소 비율(H2/He, D/H, PH3, CO) 및 비평형 종 | 호이겐스 |
| AS & NEP | 에어로졸 샘플링 시스템 및 네펠로미터 | 대기 입자 크기: 0.2–20 μm(반경) 최대 1cm³ 농도에서 작동 | 호이겐스, 갈릴레오 GPNE |
3. 1. 궤도선
궤도선은 약 2년 동안 천왕성 과학 궤도(USO) 단계에서 고도의 타원 극궤도를 돌며 천왕성 궤도를 36번 수행하고, 최상의 중력 측정 데이터를 제공한다.[4] 이후 3년 동안 위성 탐사(MT) 단계를 진행하는데, 이 단계에서 미란다, 아리엘, 움브리엘, 티타니아, 오베론 등 천왕성의 5대 주요 위성을 각각 9번씩 근접 통과한다.[3][4]태양과의 거리가 멀어(평균 20 AU) 궤도선은 태양 전지판을 사용할 수 없고, 대신 유럽 우주국(ESA)에서 개발한 4개의 고급 스털링 방사성 동위원소 발전기(ASRG)를 사용한다.[3][4] 지구-천왕성 전이 궤도 추진 시스템은 화학 추진 방식이며, 모노메틸히드라진과 혼합 산화질소(MMH/MON) 추진제 조합을 사용한다.[4]
3. 1. 1. 궤도선 탑재 장비
λ: 0.25–5 μm96 밴드(밴드당 1.8 nm)
λ: 7.16–16.67 μm
0.273 mrad 사각형의 1×10 어레이
λ: 55.8–190 nm
1 Hz–16 MHz(다양한 채널)
0–20000 nT
이중 3-축
<1 nT 정확도
스웜
슈만 공명
25 eV–40 keV (dE/E = 0.07)
1 eV/e–22 keV/e (dE/E = 0.04)
양성자: 15 keV–3 MeV
알파 입자: 25 keV–3 MeV
CNO: 60 keV–30 MeV
전자: 15 keV–1 MeV
350–1050 nm
6 μrad/픽셀
350–1050 nm
60 μrad/픽셀
T = 100 1×10−13 s
S, X 및 Ka 밴드에서 작동하는 트랜스폰더
0.6–22 GHz
이득 최대 80 dB
200 bar 대기압까지 온도 프로파일 결정
10−15–10−9 kg
1–10 μm (반경)
뉴 호라이즌스 SDC