엑소마스
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1. 개요
엑소마스는 유럽 우주국(ESA)과 러시아 연방 우주국(로스코스모스)이 공동으로 추진해 온 화성 탐사 프로그램이다. 2001년 시작되어 궤도선, 착륙선, 로버 등을 포함하는 여러 단계를 거쳐 계획되었으나, NASA의 재정 지원 중단, 러시아의 우크라이나 침공으로 인한 협력 중단 등 여러 차례의 변화를 겪었다. 2016년에는 엑소마스 기체 추적 궤도선(TGO)과 스키아파렐리 EDM 착륙선을 발사했으나, 스키아파렐리 EDM 착륙은 실패했다. 2022년 러시아와의 협력 중단 이후, ESA는 자체 착륙선 개발을 추진하며, 2028년 로잘린드 프랭클린 로버를 발사하여 화성 표면 탐사를 목표로 하고 있다. 엑소마스의 주요 과학적 목표는 과거 화성 생명체의 흔적 탐색, 지하 물 및 지화학적 분포 특성화, 표면 환경 연구 등이며, 기술적 목표는 대형 탑재체 착륙, 지하 2m 깊이 샘플 채취, 로버를 이용한 표면 탐사 능력 개발 등이다.
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| 엑소마스 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 임무 유형 | 화성 탐사 |
| 운영 기관 | ESA |
| 웹사이트 | 엑소마스 ESA 웹사이트 |
| |
| 임무 기간 | |
| 트레이스 가스 오비터 | 2016년 3월 14일 (진행 중) |
| 스키아파렐리 | 2016년 3월 14일 ~ 2016년 10월 |
| 목표 | |
| 주요 목표 | 화성의 대기 중 CH4 및 기타 미량 가스 존재 여부 확인 및 기원 규명 과거 또는 현재의 생명체 존재 가능성 탐색 화성 표면 및 지하 환경 특성 연구 미래 화성 탐사를 위한 기술 검증 |
| 구성 요소 | |
| 트레이스 가스 오비터 (TGO) | 화성 대기 성분 정밀 분석 착륙선 및 로버와의 통신 중계 |
| 스키아파렐리 EDM (시험용 강하 모듈) | 착륙 기술 검증 (실패) 화성 표면 환경 데이터 수집 |
| 로잘린드 프랭클린 로버 | 화성 토양 시료 채취 및 분석 지하 2m까지 굴착 가능한 드릴 탑재 |
| 카자초크 착륙 플랫폼 | 로버의 안전한 착륙 지원 착륙 후 기상 관측 등 과학 임무 수행 예정 |
| 역사 및 현황 | |
| 초기 계획 | 유럽 우주국 (ESA) 주도, 미국 NASA 협력 2016년 및 2018년 발사 예정 |
| NASA 철수 | 예산 문제로 NASA 참여 취소 ESA, 러시아 로스코스모스와 협력 |
| 2016년 임무 | 트레이스 가스 오비터 성공적 화성 궤도 진입 스키아파렐리 착륙 시도 실패 |
| 2022년 임무 연기 | 로스코스모스와의 협력 중단으로 발사 연기 2028년 이후 발사 목표로 재개 |
| 최근 동향 | 탈레스 알레니아 스페이스와 임무 재개를 위한 계약 체결 (2024년 4월) |
| 추가 정보 | |
| 협력 기관 | ESA 과거: NASA (초기 계획) 과거: 로스코스모스 |
| 주요 계약 업체 | 탐사 위성: 탈레스 알레니아 스페이스 로버: 아스트리움 |
| 발사 정보 | |
| 발사 예정 | 2028년 이후 |
| 발사체 | 프로톤 (과거 계획) |
2. 역사
엑소마스 계획은 여러 차례 계획 변경과 협력 파트너 변경을 거쳤다. 2016년 3월 14일, 엑소마스 기체 추적 궤도선(TGO)과 테스트 버전의 착륙선 스키아파렐리 EDM가 발사되었다.[29] TGO는 2016년 10월 19일 화성 궤도에 진입하여 화성의 메탄가스 등 여러 가스 분포에 대한 지도를 만들었다.
엑소마스는 당초 유럽 우주국(ESA)의 오로라 계획의 일부로 시작되었으며, 여러 단계를 거쳐 현재의 계획에 이르게 되었다. 초기에는 미국 항공 우주국(NASA)과의 협력이 중요했지만, 예산 문제로 NASA가 참여를 중단하면서 러시아 연방 우주국(로스코스모스)이 주요 협력 파트너가 되었다. 그러나 2022년 러시아의 우크라이나 침공으로 인해 로스코스모스와의 협력이 중단되었고, 새로운 협력 방안을 모색하게 되었다.
2009년 12월 17일, ESA는 NASA와 함께하는 2단계 화성 탐사 임무를 최종 승인했으며, 8.5억유로 (12.3억달러, 1.3조원)의 예산이 승인되었다.[29]
| 참여 기관 | 2016년 1차 발사 | 2028년 2차 발사[10] |
|---|---|---|
 로스코스모스 | 프로톤 로켓으로 발사 | 없음, 원래는 프로톤 로켓으로 발사하여 카자초크로 착륙할 예정이었음. |
| TGO를 위한 두 개의 기기 패키지 | ||
 ESA | 엑소마스 추적 가스 궤도선 | 엑소마스 로잘린드 프랭클린 로버와 유럽 착륙선 |
| 스키아파렐리 EDM 착륙선 |
현재 엑소마스 계획은 2028년 발사를 목표로 하고 있다.
2. 1. 초기 계획 (2001년 ~ 2009년)
2001년 화성 유인 탐사를 위한 ESA 오로라 프로그램의 일환으로 엑소마스가 시작되었다.[21] 초기 구상은 2009년에 탐사차, 그리고 나중에 화성 샘플 반환 임무를 포함했다.[21] 2005년 12월, ESA를 구성하는 여러 국가들은 오로라 프로그램과 엑소마스에 대한 승인을 부여했다.[22] 오로라는 선택적 프로그램이며, 각 국가는 프로그램의 어떤 부분에 참여하고 어느 정도까지 참여할지 (예: 프로그램에 얼마의 자금을 투입할지) 결정할 수 있다.[22]
2007년, 캐나다 기반 기술 회사인 MacDonald Dettwiler and Associates Ltd. (MDA)는 유럽 우주국을 위해 프로토타입 화성 탐사차 섀시를 설계하고 제작하는 데 100만유로의 계약을 맺기 위해 영국의 EADS 아스트리움에 선정되었다. 아스트리움은 또한 최종 탐사차를 설계하는 계약을 체결했다.[23]
2009년 7월, NASA와 ESA는 화성 탐사 공동 계획에 서명하여 소유즈 대신 아틀라스 로켓 발사기를 사용할 것을 제안하여 엑소마스 임무의 기술적 및 재정적 환경을 크게 변경했다. 6월 19일, 탐사차가 여전히 화성 대기 중 가스 궤도선에 탑재될 계획이었을 때, 잠재적 합의에 따라 엑소마스는 NASA 궤도선과 함께 아틀라스 발사기에 탑재될 수 있도록 무게를 충분히 줄여야 한다는 보도가 있었다.[24]
그 후, 이 임무는 두 번의 아틀라스 V 발사에 걸쳐 여러 우주선을 배치하는 임무로 다른 프로젝트와 결합되었다:[25][26] 엑소마스 대기 중 가스 궤도선 (TGO)이 프로젝트에 병합되어 2016년 1월 발사를 목표로 하는 고정 기상 착륙선을 탑재했다. 또한 두 번째 탐사차인 MAX-C를 포함할 것을 제안했다.
2009년 8월, 러시아 연방 우주국 (현재 로스코스모스)과 ESA가 두 개의 화성 탐사 프로젝트에 대한 협력을 포함하는 계약을 체결했다고 발표되었다. 러시아의 포보스-그룬트 프로젝트와 ESA의 엑소마스 프로젝트가 그것이다. 특히, ESA는 러시아산 부품을 포함하는 엑소마스 탐사차를 위한 "백업 발사기"로 러시아의 프로톤 로켓을 확보했다.[27][28]
2009년 12월 17일, ESA 정부는 NASA와 함께 수행할 두 부분으로 구성된 화성 탐사 임무에 대한 최종 승인을 내리고 2016년과 2018년 임무에 8.5억유로 (12.3억달러)를 지출하겠다는 약속을 확인했다.[29]
2. 2. NASA 참여와 중단 (2009년 ~ 2012년)
2009년 7월, NASA와 ESA는 화성 탐사 공동 계획에 서명하여, 소유즈 대신 아틀라스 로켓 발사기를 사용하는 것을 제안했고, 이는 엑소마스 임무의 기술적 및 재정적 환경을 크게 변경했다.[24] 2009년 8월, 러시아 연방 우주국(로스코스모스)과 ESA는 포보스-그룬트와 엑소마스 프로젝트의 협력을 포함하는 계약을 체결했다. 이에 따라 ESA는 엑소마스 탐사차를 위한 "백업 발사기"로 러시아의 프로톤 로켓을 확보했다.[27][28]2009년 12월 17일, ESA는 NASA와 함께하는 2단계 화성 탐사 임무를 최종 승인했으며, 8억 5천만 유로 (12.3억달러, 1.3조원)의 예산이 승인되었다.[29]
2011년 4월, 예산 위기로 인해 MAX-C 탐사차 개발을 취소하고, 2018년에 더 큰 탐사차 하나만 발사하는 제안이 발표되었다.[30]
2012년 2월 13일, 버락 오바마 대통령이 발표한 2013 회계 연도 예산에 따라 NASA는 제임스 웹 우주 망원경의 초과 비용을 지불하기 위한 예산 삭감으로 인해 엑소마스에 대한 참여를 종료했다.[31][32] 이로 인해 엑소마스 계획은 전면 재구성이 불가피하게 되었다.[19][33]
2. 3. 러시아 협력과 발사 연기 (2013년 ~ 2022년)
2009년 8월, 러시아 연방 우주국(로스코스모스)과 유럽 우주국(ESA)은 러시아의 포보스-그룬트 프로젝트와 ESA의 엑소마스 프로젝트, 이 두 가지 화성 탐사 프로젝트에 대한 협력 계약을 체결했다. ESA는 엑소마스 탐사차를 위한 "백업 발사기"로 러시아의 프로톤 로켓을 확보했다.[27][28]2009년 12월 17일, ESA는 미국 항공 우주국(NASA)과 함께하는 2단계 화성 탐사 임무를 최종 승인하고, 2016년과 2018년 임무에 8억 5천만 유로(12.3억달러, 1조 3천억원)를 지출하기로 했다.[29]
2012년 2월, NASA는 제임스 웹 우주 망원경의 초과 비용 지불을 위한 예산 삭감으로 인해 엑소마스 참여를 종료했다.[31][32] 이에 따라 엑소마스 계획은 재구성이 필요하게 되었다.[19][33]
2013년 3월 14일, ESA와 로스코스모스는 러시아가 완전한 파트너가 되는 계약을 체결했다. 로스코스모스는 두 임무 모두에 프로톤 발사체와 브리즈-M 상단을 제공하고 발사 서비스를 제공하며,[34] 2018년 탐사차 임무를 위한 추가 진입, 강하 및 착륙 모듈도 제공할 예정이었다.[5] 이 계약에 따라 로스코스모스는 다음 세 가지 조건을 요구했다.
# 로스코스모스는 파트너십에 대한 대가로 두 대의 프로톤 발사체를 제공한다.
# 대기 중 가스 궤도선 탑재체에는 원래 포보스-그룬트를 위해 개발된 두 개의 러시아 기기가 포함된다.[5][6][36]
# 모든 과학적 결과는 유럽 우주국 및 러시아 과학 아카데미의 지적 재산이어야 한다.[37]
ESA는 엑소마스 프로젝트 비용을 10억 유로(13억달러)로 제한했지만, NASA의 철수와 재편성으로 인해 수억 유로가 추가로 필요하게 되었다.[11] 2012년 9월, 폴란드와 루마니아는 엑소마스 임무에 최대 7천만 유로를 기여할 것이라고 발표했다.[40]
2016년 1월, 2018년 임무의 재정 상황으로 인해 2년 지연이 '필요할 수도' 있다는 발표가 있었다.[51][52] 2016년 5월, ESA는 발사가 2020년으로 연기될 것이라고 발표했다.[10]
2020년 3월 12일, 차량이 2020년에 발사 준비가 되지 않아 두 번째 임무가 2022년으로 연기될 것이라고 발표되었으며, 코로나19 범유행 동안의 여행 제한으로 인해 지연이 더욱 심화되었다.[55]
2022년 2월 28일, 2022년 러시아의 우크라이나 침공에 대한 제재로 인해 2022년에 발사될 두 번째 임무는 "매우 어려울 것"이라고 발표되었다.[56] 2022년 3월 17일, 엑소마스 발사가 중단되고 로스코스모스와의 파트너십이 중단되었다.[57]
| 참여 기관 | 2016년 1차 발사 | 2028년 2차 발사[10] |
|---|---|---|
로스코스모스 | 프로톤 로켓으로 발사 | 없음, 원래는 프로톤 로켓으로 발사하여 카자초크로 착륙할 예정이었음. |
| TGO를 위한 두 개의 기기 패키지 | ||
ESA | 엑소마스 추적 가스 궤도선 | 엑소마스 로잘린드 프랭클린 로버와 유럽 착륙선 |
| 스키아파렐리 EDM 착륙선 |
2. 4. 새로운 협력과 2028년 발사 목표 (2022년 ~ 현재)
2022년 러시아의 우크라이나 침공에 대한 대응으로 러시아에 제재가 가해지면서, 2022년 2월 28일, 2022년에 발사될 예정이었던 두 번째 임무는 "매우 어려울 것"이라고 발표되었다.[56] 로스코스모스와의 파트너십이 영구적으로 중단됨에 따라, 2022년 3월 17일 엑소마스 발사는 중단되었다.[57]2022년 11월, 유럽 우주국 회원국들은 러시아 구성 요소 교체 비용을 포함하여 로잘린드 프랭클린 로버에 3.6억유로를 약속했다. 2028년에 발사될 예정인 로버는 차세대 질량 분석기인 화성 유기 분자 분석기(MOMA)를 탑재할 것이다.[58]
2024년 4월 16일, ESA는 2028년 말 발사 서비스를 제공하기 위해 NASA와 양해 각서를 발표했으며, 다음 임무 이정표는 2024년 6월 예비 설계 검토라고 발표했다.[59] 2024년 6월, 탈레스 알레니아 스페이스는 착륙 플랫폼의 조립, 통합 및 테스트를 완료하기 위해 5.67억달러 규모의 계약을 수여받았으며, 기계, 열, 추진은 에어버스 방산 및 우주에서, 열 보호막은 아리안그룹에서 처리할 예정이다.[16]
3. 임무 목표
엑소마스는 화성 탐사에서 다음과 같은 기술적 목표를 가지고 있다.[60]
| 목표 |
|---|
| 대형 탑재체를 화성에 착륙시키는 것 |
| 화성 표면에서 태양열을 활용하는 것 |
| 2m 깊이까지 샘플을 채취할 수 있는 드릴을 사용하여 지하에 접근하는 것 |
| 로버를 이용해 화성 표면을 탐사하는 것 |
3. 1. 과학적 목표
엑소마스의 과학적 목표는 유럽 우주국(ESA)이 우선순위에 따라 다음과 같이 정했다.[60][110]- 화성 생명체의 생물학적 지표를 탐색한다. (과거 및 현재)
- 얕은 지하 표면에서 깊이에 따른 물과 지화학적 분포를 특성화한다.
- 표면 환경을 연구하고 미래의 화성 유인 탐사에 대한 위험 요소를 식별한다.
- 화성의 진화와 거주 가능성을 더 잘 이해하기 위해 행성의 지하 및 깊은 내부를 조사한다.
- 궁극적으로 화성 샘플 반환 임무를 완성하는 단계를 밟는다.
3. 2. 기술적 목표
- 화성에 대형 탑재체를 착륙시킨다.
- 화성 표면에서 태양열을 활용한다.
- 2m 깊이까지 샘플을 수집할 수 있는 드릴을 사용하여 지하에 접근한다.
- 로버를 사용하여 표면 탐사 능력을 개발한다.[60]
4. 임무 구성
엑소마스 계획은 여러 단계로 구성되어 있으며, 각 단계마다 다른 종류의 탐사선을 화성으로 보내는 것을 목표로 한다.
현재까지 진행된 1단계(2016년 발사)에서는 엑소마스 기체 추적 궤도선(TGO)과 스키아파렐리 EDM 착륙선이 발사되었다. TGO는 화성 궤도에 성공적으로 진입하여 화성 대기 중 메탄가스 등 여러 가스 분포를 조사하고 있으며, 스키아파렐리 EDM 착륙선은 시험용 착륙선으로 화성 착륙을 시도했으나 실패했다.
원래 2단계(2020년 발사 예정)에서는 러시아 연방 우주국이 스키아파렐리 EDM 착륙선을 개조한 착륙선을 만들고, 엑소마스 로버를 화성에 보내 1년 이상 탐사할 계획이었다. 그러나 여러 가지 이유로 2단계 계획은 연기되었으며, 특히 2022년 러시아의 우크라이나 침공으로 인해 러시아와의 협력이 중단되면서 큰 변화를 겪게 되었다.
결국 2단계 계획은 2028년으로 연기되었으며, 유럽 우주국(ESA)은 러시아의 도움 없이 독자적으로 착륙선을 개발하고 로잘린드 프랭클린 로버를 화성에 보내는 것으로 계획을 수정했다.
| 참여 기관 | 2016년 1차 발사 | 2028년 2차 발사[10] |
|---|---|---|
로스코스모스 | 프로톤 로켓으로 발사 | 없음 (원래는 프로톤 로켓으로 발사하여 카자초크로 착륙할 예정이었음) |
| TGO를 위한 두 개의 기기 패키지 | ||
유럽 우주국(ESA) | 엑소마스 추적 가스 궤도선 | 엑소마스 로잘린드 프랭클린 로버와 유럽 착륙선 |
| 스키아파렐리 EDM 착륙선 |
착륙 모듈과 로버는 지구 생명체로 화성을 오염시키는 것을 방지하기 위해 이온화 방사선, 자외선 방사선, 에틸 알코올 및 이소프로필 알코올과 같은 화학 물질을 포함한 멸균 방법을 조합하여 멸균 처리될 것이다.[61] (행성 보호 참조).
2024년 6월, 착륙 플랫폼의 조립, 통합 및 테스트를 완료하기 위해 탈레스 알레니아 스페이스(Thales Alenia Space)에 5.67억달러의 계약이 수여되었으며, 기계, 열 및 추진은 에어버스 방위 및 우주에서 처리하고, 아리안그룹이 열 보호막을 제공한다.[16] 2024년 4월 16일, ESA는 2028년 말에 발사 서비스를 제공하기 위해 NASA와 양해 각서를 발표했으며, 다음 임무 이정표는 2024년 6월의 예비 설계 검토라고 발표했다.[59]
4. 1. 1단계 (2016년 발사)
엑소마스 기체 추적 궤도선(TGO)과 시험용 착륙선 스키아파렐리 EDM은 2016년 3월 14일에 발사되었다.[45][46][47] TGO는 2016년 10월 19일 화성 궤도에 진입해 화성의 메탄가스 등 여러 가스 분포에 대한 지도를 만들었다. 엑소마스 계획은 1단계(2016년)와 2단계(2028년 이후[153])로 나뉘어 진행되며, 두 단계 모두 러시아의 프로톤 로켓을 사용한다.2016년 1단계 계획에서는 엑소마스 기체 추적 궤도선에서 스키아파렐리 EDM 착륙선을 화성에 착륙시켜 탐사할 예정이었다. 스키아파렐리 EDM은 낙하산을 이용해 화성 표면에 착륙할 예정이었으나, 착륙에 실패하여 화성 표면에 추락, 폭발하였다.
| 참여 기관 | 2016년 1차 발사 | 2028년 2차 발사[10] |
|---|---|---|
로스코스모스 | 프로톤 로켓으로 발사 | 없음 (원래는 프로톤 로켓으로 발사하여 카자초크로 착륙할 예정이었음) |
| TGO를 위한 두 개의 기기 패키지 | ||
유럽 우주국(ESA) | 엑소마스 추적 가스 궤도선 | 엑소마스 로잘린드 프랭클린 로버와 유럽 착륙선 |
| 스키아파렐리 EDM 착륙선 | ||
착륙 모듈과 로버는 지구 생명체로 화성을 오염시키는 것을 막기 위해 멸균 처리되었다.[61]
4. 1. 1. 엑소마스 기체 추적 궤도선 (TGO)
엑소마스 기체 추적 궤도선은 2016년 3월 14일 09:31(UTC)에 발사된 화성 통신 궤도선이자 대기 가스 분석 임무를 수행하는 탐사선이다.[62] 이 우주선은 2016년 10월 화성 궤도에 도착했다. 엑소마스 스키아파렐리 EDM 착륙선을 투하한 후, 화성의 메탄 및 기타 가스의 근원을 지도화하는 작업을 진행했으며, 이를 통해 2022년에 발사될 엑소마스 로버의 착륙 지점을 선택하는 데 기여할 것이다. 화성 대기 중 메탄의 존재는 현재 생명체 또는 지질 활동이 기원일 가능성이 있어 흥미로운 연구 대상이다. 2023년에 로버가 도착하면, 이 궤도선은 더 낮은 궤도로 이동하여 분석 과학 활동을 수행하고 엑소마스 로버에 통신 중계 기능을 제공할 것이다. NASA는 화성 표면의 탐사선과 로버, 지구의 관제소 간의 통신을 보장하기 위해 ''일렉트라'' 통신 중계 및 항법 장비를 제공했다.[5][63] TGO는 2022년까지 향후 착륙 임무를 위한 통신 중계 위성 역할을 계속 수행할 것이다.[64]
4. 1. 2. 스키아파렐리 EDM 착륙선
'''스키아파렐리 EDM 착륙선'''(영어: Schiaparelli EDM lander, '''스키아파렐리'''라고도 불림)은 유럽 우주국(ESA)과 러시아의 로스코스모스가 화성 표면에 착륙하는 기술을 시험하기 위해 제작한 착륙선이다.[67] 2016년 3월 14일 엑소마스 가스 궤도선(TGO)과 함께 발사되었으며, 2016년 10월 19일 메리디아니 평원[67]에 착륙할 예정이었다.[67][69] 그러나 착륙 직후 신호가 두절되었고,[68] 2016년 10월 21일 NASA는 화성 정찰 궤도선이 촬영한 이미지를 공개했는데, 이는 착륙선이 추락한 현장으로 추정된다.[7]
스키아파렐리는 19세기 화성을 관측한 이탈리아 천문학자 조반니 스키아파렐리의 이름을 따서 명명되었다.[140]
스키아파렐리는 화성 대기 진입 후 낙하산을 펼치고, 레이더 고도계와 관성 측정 장치를 이용해 속도와 고도를 조절하며 착륙하도록 설계되었다. 착륙 마지막 단계에서는 액체 연료 엔진을 분사하고, 지상 약 1m에서 엔진을 정지시켜 충격 흡수 구조를 통해 충격을 흡수할 계획이었다.[141]
착륙은 화성의 모래 폭풍 시즌에 맞춰 진행될 예정이었으며, 이를 통해 먼지가 많은 대기 환경에서의 착륙 기술을 시험하고, 화성 표면의 먼지 특성을 조사할 계획이었다.[142] 착륙 후에는 풍속, 풍향, 습도, 기압, 표면 온도, 대기 투명도 등을 측정할 예정이었다.[105]
스키아파렐리에는 4 솔 동안 작동할 수 있는 재충전이 불가능한 배터리가 탑재되었다.[69] 또한, 화성 표면의 환경을 관측하기 위해 다음과 같은 센서들로 구성된 '''DREAMS''' (Dust Characterization, Risk Assessment, and Environment Analyzer on the Martian Surface) 장비가 탑재되었다.[70][71] DREAMS는 2~3일 동안 작동할 예정이었다.[67][72]
| 장비 | 설명 |
|---|---|
| MetWind | 풍속 및 풍향 측정 |
| MetHumi | 습도 측정 |
| MetBaro | 기압 측정 |
| MarsTem | 표면 온도 측정 |
| ODS (Optical Depth Sensor) | 대기 투명도 측정 |
| MicroARES (Atmospheric Radiation and Electricity Sensor) | 대기 전하 측정[70][71] |
4. 2. 2단계 (2028년 발사 예정)
엑소마스 2단계는 원래 2018년에 발사되어 2019년 초에 화성에 착륙할 예정이었으나,[54] 유럽 및 러시아 산업 활동과 과학 탑재체 인도의 지연으로 인해 2020년으로 연기되었다.[10] 이후 코로나19 범유행과 2022년 러시아의 우크라이나 침공에 따른 제재로 인해 발사가 더욱 지연되었다.[55][56] 2022년 3월, 로스코스모스와의 협력이 중단되면서 2022년 발사는 무산되었다.[57]2022년 11월, 유럽 우주국(ESA) 회원국들은 러시아 구성 요소 교체 비용을 포함하여 로잘린드 프랭클린 로버에 3.6억유로를 지원하기로 결정했다.[58] 2024년 4월, 유럽 우주국(ESA)은 미국 항공우주국(NASA)과 2028년 말 발사 서비스 제공을 위한 양해 각서를 발표했다.[59] 같은 해 6월에는 탈레스 알레니아 스페이스와 착륙 플랫폼의 조립, 통합 및 테스트를 완료하기 위한 5.67억달러 규모의 계약이 체결되었다.[16]
당초 엑소마스 2단계는 로스코스모스의 프로톤 로켓으로 발사하여 ''카자초크'' 착륙선을 통해 ''로잘린드 프랭클린'' 로버를 화성에 착륙시킬 계획이었다. 그러나 러시아와의 협력 중단 이후, 새로운 비(非)러시아 착륙 플랫폼을 사용하는 수정된 버전의 임무가 2028년에 발사될 예정이다.[15]
| 참여 기관 | 2016년 1차 발사 | 2028년 2차 발사[10] |
|---|---|---|
로스코스모스 | 프로톤 로켓으로 발사 | 없음 (원래는 프로톤 로켓으로 발사하여 카자초크로 착륙할 예정이었음) |
| TGO를 위한 두 개의 기기 패키지 | ||
유럽 우주국(ESA) | 엑소마스 추적 가스 궤도선 | 로잘린드 프랭클린 로버와 유럽 착륙선 |
| 스키아파렐리 EDM 착륙선 |
화성 착륙 모듈과 로버는 지구 생명체에 의한 오염을 방지하기 위해 멸균 처리될 것이다.[61] (행성 보호 참조)
4. 2. 1. 착륙 플랫폼
Kazachok|카자초크영어는 Rosalind Franklin (rover)|로잘린드 프랭클린영어(구 엑소마스 로버)을 화성 표면에 배치하기 위해 러시아에서 제작한 착륙선이었다. 재진입, 하강, 착륙 모듈은 80%는 러시아가, 20%는 유럽 우주국(ESA)이 제조할 예정이었다.[105] 러시아는 두 번째 착륙선의 하드웨어 대부분을 제조하고, ESA는 유도 및 항법 시스템의 일부를 담당했다.[105] 이 지상 고정형 착륙선(EDM 장치)에는 러시아의 원자력 전원을 장착하여, 이전에 계획했던 며칠 간의 관측 기간 대신 화성 1년 동안 지표 환경을 관측할 수 있도록 제안되었다.[105]유럽 우주국(ESA)과 러시아 연방 우주국(Roscosmos)의 엑소마스 협력이 취소되기 전, 원래 계획은 ESA와 협력하여 러시아가 제작한 ''카자초크''를 사용하는 것이었다. 원래 ''로잘린드 프랭클린''은 경사로를 통해 ''카자초크'' 착륙선에서 내려올 예정이었다. 착륙선은 착륙 지점을 촬영하고, 기후를 관찰하며, 대기를 조사하고, 방사선 환경을 분석하며, 착륙 지점의 지하수 분포를 연구하고, 화성의 내부 구조에 대한 지구물리학적 조사를 수행할 예정이었다.[81] 2015년 3월, 착륙 시스템에 대한 과학 기기 제안 요청에 따라,[82] 13개의 기기가 탑재될 예정이었다.[83] 착륙선에 탑재될 기기에는 HABIT (생존 가능성: 염수, 방사선 및 온도), METEO 기상 패키지, MAIGRET 자력계, LaRa (착륙선 방사과학) 실험 등이 포함될 예정이었다. 고정된 착륙선은 최소 1년 동안 작동할 것으로 예상되었으며, 해당 기기는 태양 전지판으로 전력을 공급받을 예정이었다.[84]
2022년 7월 협력 취소 이후, ESA는 자체 착륙선 제작에 착수했으며, 제작 및 인증에 3~4년이 소요될 것으로 예상된다. ESA 착륙선의 많은 부품은 러시아 하강 모듈에서 재사용된다. ''카자초크''와 달리 유럽 착륙선은 태양 전지판이나 과학 기기를 탑재하지 않으며, 단 며칠 동안만 작동할 것으로 예상된다.[85]
4. 2. 2. 로잘린드 프랭클린 로버
엑소마스의 ''로잘린드 프랭클린'' 로버는 화성 표면을 자율적으로 탐사할 예정이었으나, 2022년 러시아의 우크라이나 침공에 대한 대응으로 러시아 과학자들과의 파트너십이 취소되면서 2023년 6월로 예정되었던 착륙은 연기되었다.[86][87][88] 현재 ''로잘린드 프랭클린''은 2028년에 발사될 예정이다.[58]
로버의 장비는 과거 생명체의 생체 분자와 생물학적 지표를 찾기 위한 외생물학 실험실 설비("파스퇴르 분석 실험실")로 구성될 것이다.[11][89][90][91] 로버는 또한 지하 코어 드릴을 탑재하여 온보드 실험실에서 사용할 샘플을 채취할 것이다.[92]
''로잘린드 프랭클린'' 로버에는 화성 유기 분자 분석기(MOMA),[58] 마이크로메가-IR, 라만 레이저 분광기(RLS)를 포함한 파스퇴르 기기 세트가 포함되어 있다. 로버의 외부 기기에는 다음이 포함된다.
- 지하 연구를 위한 화성 다중 스펙트럼 이미저
- 엑소마스를 위한 적외선 분광기
- ADRON-RM
5. 착륙 지점
로버의 착륙 지점을 선택할 때 주요 목표는 현재 또는 과거에 미생물 생명체를 지원할 수 있는 특정 지질 환경을 식별하는 것이다. 과학자들은 과거의 물에 대한 형태적 및 광물학적 증거가 모두 있는 착륙 지점을 선호한다. 또한, 점토 광물과 같은 여러 수화된 광물을 나타내는 스펙트럼이 있는 장소를 선호하지만, 이는 공학적 제약과 과학적 목표 사이의 균형을 이루어야 한다.[93]
공학적 제약은 태양 전력으로 구동되고 최고의 햇빛 노출이 필요한 로버를 위해 상하 30° 위도 밴드 내의 평평한 착륙 지점을 요구한다.[93] 로버를 운반하는 착륙 모듈은 약 105 km x 15 km 크기의 착륙 타원을 갖게 된다.[94] 과학적 요구 사항에는 과거의 습한 환경의 기록인 36억 년 된 퇴적암이 있는 지역에 착륙하는 것이 포함된다.[93][95] 발사 전 해에 유럽 우주국(ESA)이 최종 결정을 내릴 것이다.[93]
2014년 3월까지, 최종 후보군은 다음과 같았다.[94]
| 후보지 |
|---|
| 아람 도르섬 |
| 쿠곤 발리스 |
| 하이파니스 발리스 |
| 마우르스 발리스 |
| 옥시아 평원 |
| 시머드 발리스 |
| 남부 이시디스 |
ESA가 임명한 패널의 추가 검토 후, 2014년 10월에 네 곳의 후보지가 추가 상세 분석을 위해 공식적으로 추천되었으며, 이들은 모두 적도 근처에 위치해 있다.[96][97]
| 후보지 |
|---|
| 아람 도르섬 |
| 하이파니스 발리스 |
| 마우르스 발리스 |
| 옥시아 평원 |
2015년 10월 21일, 옥시아 평원이 엑소마스 로버의 선호 착륙 지점으로 보고되었다.[98][99]
로버 임무가 2018년에서 2020년으로 연기되면서 옥시아 평원은 더 이상 유일하게 유리한 착륙 지점이 아니게 되었으며, 이는 가능한 착륙 타원의 변화 때문이었다. 이전 선택에서 살아남은 마우르스 발리스와 아람 도르섬이 재고될 수 있었다. ESA는 세 가지 남은 옵션을 재평가하기 위해 추가 워크숍을 열었고, 2017년 3월에 자세히 연구할 두 곳을 선택했다.[100]
| 후보지 |
|---|
| 마우르스 발리스 |
| 옥시아 평원 |
2018년 11월 9일, ESA는 옥시아 평원이 착륙 지점 선택 실무 그룹의 지지를 받았다고 발표했다. 선호하는 옥시아 평원 착륙 타원은 북위 18.20°, 동경 335.45°에 위치해 있다.[101] 2019년, 옥시아 평원은 ESA에 의해 2020년 임무의 착륙 지점으로 확정되었다.[102] 그해 말, HiRISE에서 얻은 지형의 고정밀 3D 모델을 사용하여 제작된 착륙 지점의 비행 시뮬레이션 영상이 공개되었다.[103]
2020년 7월 현재, ESA는 2018년 첫 번째 지연으로 촉발된 재평가와 마찬가지로 임무가 2022년 이후로 연기되는 것이 착륙 지점 선택에 영향을 미칠지 여부를 밝히지 않았다.
2007년 11월 시점에서, 로버의 착륙 예정 지점 후보는 다음과 같았다.[148]
| 후보지 |
|---|
| 마우르스 발리스 |
| 닐리 단층 |
| 메리디아니 평원 |
| 홀덴 크레이터 |
| 게일 크레이터 |
2009년 화성에서 메탄 발생원의 발견으로, 탐사 가치가 높은 목표 지점이 밝혀졌다.[117] 화성의 대기에 포함된 메탄은 그 기원으로서 유력하게 여겨지는 것이, 현재도 생존하고 있는 생물의 활동일 가능성과, 현재도 화성에서 일어나는 지질학적 활동일 가능성이다.[149] 그렇기 때문에, 그 메탄 발생원으로 생각되는 지점이 주목받고 있다. 그 메탄의 발생원으로 지목된 지점을 조사하여, 메탄 발생 원인이 무엇인지 확인하는 것이 주요 탐사 목적이다.
화성의 메탄은 광범위한 플룸에서 발생하며, 프로파일은 메탄이 개별 지역에서 방출되었음을 시사한다. 프로파일은 북위 30도, 서경 260도와 북위 0도, 서경 310도 두 곳에 메탄 발생 지역이 있는 것으로 보인다.[150] 최적의 착륙 지점과 통신의 안정을 결정하기 위해, 트레이스 가스 궤도선은 2016년에 발사되어, 사전에 계절적인 메탄 생성을 지도화하기로 결정되었다.[151] 탐사차는 트레이스 가스 궤도선에 의해 밝혀진 메탄 발생원을 조사한다.
6. 국제 협력
엑소마스는 초기부터 착륙선, 궤도선, 발사체, 국제 협력 계획 등 다양한 제안을 통해 여러 단계를 거쳤다. 여기에는 미국과의 2009년 해체된 화성 탐사 공동 계획(MEJI)도 포함된다.[18][19] 원래 엑소마스는 유럽 우주국(ESA) 오로라 계획의 일부인 대형 로봇 탐사차로, 2005년 12월 유럽 우주국 장관들에 의해 승인되었다. 초기에는 고정된 지상 기지를 갖춘 탐사차로 구상되어 2011년에 러시아 소유즈 프레갓 로켓에 실려 발사될 예정이었다.[20]
엑소마스는 2001년 화성 유인 탐사를 위한 ESA 오로라 프로그램의 일환으로 시작되었다.[21] 초기 구상에는 2009년에 탐사차, 그리고 나중에 화성 샘플 반환 임무가 포함되었다.[21] 2005년 12월, ESA를 구성하는 여러 국가들은 오로라 프로그램과 엑소마스에 대한 승인을 부여했다.[22] 오로라 프로그램은 선택적 프로그램으로, 각 국가는 프로그램의 어떤 부분에 참여하고 어느 정도까지 참여할지 결정할 수 있다.[22] 오로라 프로그램은 2002년 오스트리아, 벨기에, 프랑스, 독일, 이탈리아, 네덜란드, 포르투갈, 스페인, 스웨덴, 스위스, 영국 및 캐나다의 12개 국가의 지원으로 시작되었다.[22]
2007년, 캐나다 기반 기술 회사인 MacDonald Dettwiler and Associates Ltd. (MDA)는 유럽 우주국을 위해 프로토타입 화성 탐사차 섀시를 설계하고 제작하는 데 100만유로의 계약을 맺기 위해 영국의 EADS 아스트리움에 선정되었다. 아스트리움은 또한 최종 탐사차를 설계하는 계약을 체결했다.[23]
2009년 7월, NASA와 ESA는 화성 탐사 공동 계획에 서명하여 소유즈 대신 아틀라스 로켓 발사기를 사용하기로 하면서 엑소마스 임무의 기술적 및 재정적 환경이 크게 변경되었다. 6월 19일, 탐사차가 화성 대기 중 가스 궤도선에 탑재될 계획이었을 때, 엑소마스는 NASA 궤도선과 함께 아틀라스 발사기에 탑재될 수 있도록 무게를 충분히 줄여야 한다는 보도가 있었다.[24] 이후 이 임무는 두 번의 아틀라스 V 발사에 걸쳐 여러 우주선을 배치하는 임무로 다른 프로젝트와 결합되었다.[25][26] 엑소마스 대기 중 가스 궤도선(TGO)이 프로젝트에 병합되어 2016년 1월 발사를 목표로 하는 고정 기상 착륙선을 탑재했다. 또한 두 번째 탐사차인 MAX-C를 포함할 것을 제안했다.
2009년 8월, 러시아 연방 우주국(현재 로스코스모스)과 ESA는 두 개의 화성 탐사 프로젝트(러시아의 포보스-그룬트 프로젝트와 ESA의 엑소마스 프로젝트)에 대한 협력을 포함하는 계약을 체결했다고 발표했다. ESA는 엑소마스 탐사차를 위한 "백업 발사기"로 러시아의 프로톤 로켓을 확보했다.[27][28]
2009년 12월 17일, ESA 정부는 NASA와 함께 수행할 두 부분으로 구성된 화성 탐사 임무에 대한 최종 승인을 내리고, 2016년과 2018년 임무에 8.5억유로 (12.3억달러)를 지출하겠다는 약속을 확인했다.[29]
2011년 4월, 예산 위기로 인해 MAX-C 탐사차를 취소하고 2018년에 더 큰 탐사차 하나만 발사하는 제안이 발표되었다.[30] NASA는 화성까지 탐사차를 운반할 로켓과 스카이 크레인 착륙 시스템을 제공할 예정이었다.[30]
2012년 2월 13일, 오바마 대통령이 발표한 2013 회계 연도 예산에 따라 NASA는 제임스 웹 우주 망원경의 초과 비용을 지불하기 위한 예산 삭감으로 인해 엑소마스에 대한 참여를 종료했다.[31][32] NASA의 자금 지원이 완전히 취소되면서, 계획의 대부분을 재구성해야 했다.[19][33]
2013년 3월 14일, ESA와 러시아 연방 우주국(로스코스모스)의 대표는 러시아가 완전한 파트너가 되는 계약에 서명했다. 로스코스모스는 두 임무 모두에 프로톤 발사체와 브리즈-M 상단을 제공하고 발사 서비스를 제공하며,[34] 2018년 탐사차 임무를 위한 추가 진입, 강하 및 착륙 모듈도 제공한다.[5] 이 계약에 따라 로스코스모스는 세 가지 조건을 요구했다:[35]
# 로스코스모스는 파트너십에 대한 대가로 두 대의 프로톤 발사체를 제공한다.
# 대기 중 가스 궤도선 탑재체에는 원래 포보스-그룬트를 위해 개발된 두 개의 러시아 기기가 포함된다.[5][6][36]
# 모든 과학적 결과는 유럽 우주국 및 러시아 과학 아카데미의 지적 재산이어야 한다. (즉, 로스코스모스는 모든 프로젝트 팀의 일원이어야 하며 연구 데이터에 완전히 접근할 수 있어야 한다[37]).
ESA는 원래 엑소마스 프로젝트의 비용을 10억유로 (13억달러)로 제한했지만, 미국 우주국(NASA)의 철수와 그에 따른 벤처의 재편성으로 인해 지금까지 모금된 금액에 수억 유로가 추가되었다.[11] 2012년 3월, 회원국들은 이 부족분을 어떻게 보충할 수 있는지 살펴볼 것을 에이전시의 집행부에 지시했다.[38] 2012년 9월, 새로운 ESA 회원국인 폴란드와 루마니아가 엑소마스 임무에 최대 7000만유로를 기여할 것이라고 발표되었다.[40] ESA는 2018년 엑소마스 부분에 대한 NASA의 부분적 복귀 가능성을 배제하지 않고 있으며, 비교적 사소한 역할을 맡을 것이다.[11][12][41]
엑소마스에 대한 러시아의 자금 지원은 포보스-그룬트의 손실에 대한 12억러시아 루블 (4070.0000000000005만달러)의 보험금 지급으로 부분적으로 충당될 예정이었으며,[35] 화성-NET과 엑소마스 프로젝트 간의 가능한 조정을 위한 자금을 재할당했다.[42][43] 2013년 1월 25일, 로스코스모스는 첫 번째 발사, 즉 대기 중 가스 궤도선(TGO)에 탑재될 과학 기기의 개발에 전액 자금을 지원했다.[44]
2014년 3월까지 엑소마스 탐사차의 주요 제작사인 에어버스 방산 및 우주의 영국 지사는 핵심 부품 조달을 시작했지만,[53] 2018년 탐사차 임무는 여전히 1억유로 이상, 즉 1.38억달러가 부족했다.[53] 바퀴와 서스펜션 시스템은 캐나다 우주국에서 자금을 지원하며 MDA Corporation에서 캐나다에서 제조하고 있다.[53]
2016년 1월, 2018년 임무의 재정 상황으로 인해 2년 지연이 '필요할 수도' 있다는 발표가 있었다.[51][52] 이탈리아는 엑소마스에 가장 많은 기여를 하고 있으며, 영국은 이 임무의 두 번째로 큰 재정 지원국이다.[53]
로버는 2018년에 발사되어 2019년 초에 화성에 착륙할 예정이었지만,[54] 2016년 5월, 유럽 및 러시아 산업 활동의 지연과 과학 탑재체의 인도 지연으로 인해 유럽 우주국(ESA)은 발사가 2020년에 이루어질 것이라고 발표했다.[10]
2020년 3월 12일, 차량이 2020년에 발사 준비가 되지 않아 두 번째 임무가 2022년으로 연기될 것이라고 발표되었으며, 코로나19 범유행 동안의 여행 제한으로 인해 지연이 더욱 심화되었다.[55]
2022년 2월 28일, 2022년에 발사될 두 번째 임무는 2022년 러시아의 우크라이나 침공에 대한 대응으로 러시아에 대한 제재로 인해 "매우 어려울 것"이라고 발표되었다.[56]
2022년 3월 17일, 2022년 발사 윈도우에서 엑소마스 발사가 중단되었으며, 로스코스모스와의 파트너십이 영구적으로 중단되었다.[57] 그러나 11월에 유럽 우주국 회원국들은 러시아 구성 요소 교체 비용을 포함하여 로잘린드 프랭클린 로버에 3.6억유로를 약속했다. 현재 2028년에 발사될 예정인 로버는 차세대 질량 분석기인 화성 유기 분자 분석기(MOMA)를 탑재할 것이다.[58]
2024년 6월, 착륙 플랫폼의 조립, 통합 및 테스트를 완료하기 위해 탈레스 알레니아 스페이스(Thales Alenia Space)에 5.67억달러의 계약이 수여되었으며, 기계, 열 및 추진은 에어버스 방위 및 우주에서 처리하고, 아리안그룹이 열 보호막을 제공한다.[16] 2024년 4월 16일, ESA는 2028년 말에 발사 서비스를 제공하기 위해 NASA와 양해 각서를 발표했으며, 다음 임무 이정표는 2024년 6월의 예비 설계 검토라고 발표했다.[59]
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