타이탄 토성계 임무
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1. 개요
타이탄 토성계 임무(TSSM)는 토성의 위성인 타이탄을 탐사하기 위해 제안된 임무이다. 2003년에 처음 제안되었으나, 2009년 NASA와 ESA가 유로파 목성 시스템 임무(EJSM)를 우선시하면서 발사가 연기되었다. TSSM은 궤도선과 타이탄의 대기를 탐사하는 열기구, 타이탄의 메탄 바다에 착수하는 착륙선으로 구성될 예정이었다. 이 임무는 타이탄의 유기물 연구, 기원 및 진화 모델 연구, 엔셀라두스와 토성의 자기권에 대한 정보 획득을 목표로 했다. TiME(Titan Mare Explorer)은 TSSM의 일부로 제안된 호수 착륙선으로, 리게이아 해에 착수하여 표면 유기물을 분석할 계획이었다.
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| 타이탄 토성계 임무 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 이름 | 타이탄 토성계 임무 |
| 영문명 | Titan Saturn System Mission |
| 다른 이름 | TandEM (탄뎀) |
| 임무 유형 | 토성 탐사 |
| 운영 기관 | NASA / ESA |
| 웹사이트 | sci.esa.int |
| 제안된 임무 기간 | 2년 |
| 탐사선 정보 | |
| 오비터 질량 | 1613 kg |
| 몽골피에 질량 | 600 kg |
| 착륙선 질량 | 190 kg |
| 오비터 궤도 기준 | 타이탄 궤도 |
| 오비터 궤도 장반축 | 1500 km |
| 오비터 궤도 경사 | 85° |
| 오비터 궤도 주기 | ~4.8 시간 |
| 임무 세부 정보 | |
| 발사 예정 시기 | 2020년에서 2029년 사이 (제안) |
| 발사 로켓 | 델타 IV 헤비, Space Launch System Block IB, 또는 아틀라스 V |
| 타이탄 도착 예정 시기 | 2029년에서 2038년 사이 (제안) |
| 오비터 임무 유형 | 타이탄 궤도선 |
| 몽골피에 임무 유형 | 타이탄 대기 탐사 |
| 착륙선 임무 유형 | 라이게이아 해 탐사 (Titan Mare Explorer 또는 다른 TSSM 착륙선 제안) |
2. 역사와 제작 배경
2003년에 처음 제안되었으나,[22] 큰 관심을 받지 못했다. 이후 2008년, ESA의 TandEM과 NASA의 타이탄 탐사선(2007) 연구를 통합하려는 계획이 구체화되기 시작했다. 2009년 1월, ESA와 NASA 연구원들로 구성된 개발팀이 공식적으로 타이탄 토성계 임무(TSSM)를 제안했다.[3] TSSM은 유로파 목성 시스템 임무(EJSM) 제안과 자금 지원을 위해 경쟁했으며, 2009년 2월 NASA와 ESA는 TSSM보다 EJSM을 우선시한다고 발표했다.[4][5]
TSSM은 2009년 1월 ESA의 타이탄 및 엔셀라두스 임무(TandEM)와 NASA의 타이탄 탐사선(2007) 연구를 통합하여 공식적으로 만들어졌다.[3] 두 개념을 결합하려는 계획은 적어도 2008년 초까지 거슬러 올라간다. TSSM은 유로파 목성 시스템 임무(EJSM) 제안과 자금 지원을 놓고 경쟁했으며, 2009년 2월 NASA/ESA는 EJSM을 우선시한다고 발표했다.[4][5] 그 후 TSSM은 2020년대 발사를 목표로 계속 연구되었다.
이에 따라 TSSM은 2020년대 발사를 목표로 연구가 계속되었다. 2009년 2월과 10월에는 임무 요소에 대한 상세 보고서[6]와, TSSM의 일부가 될 가능성이 있는 타이탄의 호수에 착륙하는 타이탄 해양 탐사 미션(TiME)이라는 특정 개념이 제안되었다. 2014년에는 TSSM이 SLS 초대형 로켓 발사를 위해 부활했을 가능성이 제기되었다.[7] 그러나 현재 NASA 계획에서는 우선순위가 낮아 발사 가능성은 불투명하다.
3. 탐사 개념
우주선은 토성에 도달하기 위해 여러 행성의 중력 보조를 이용할 예정이었다. 기본 설계는 2020년 9월 발사, 4번의 중력 보조 (지구–금성–지구–지구)를 거쳐 9년 후인 2029년 10월 토성에 도착하는 것이었다. 이는 2018년부터 2022년까지 가능한 여러 지구-토성 이동 경로 중 하나이다. 그러나 현재 NASA 계획은 TSSM에 우선순위를 두지 않고 있어, 제안된 발사 날짜를 맞출 가능성은 낮다.
2029년 10월 토성에 도착하면 궤도선의 화학 추진 시스템은 비행 시스템을 토성 궤도에 진입시키고, 2년간 토성을 탐사한다. 이 기간 동안 최소 7번의 엔셀라두스 근접 통과 및 16번의 타이탄 통과 비행을 하며, 반복적인 위성 중력 보조를 통해 타이탄 궤도 진입에 필요한 에너지를 줄인다. 엔셀라두스를 통과하면서 궤도선은 남극의 얼음 화산 플룸을 분석한다.
몽골피에르는 첫 번째 타이탄 통과 비행 접근 시에 방출되어 2030년 4월부터 2030년 10월까지 6개월 동안 타이탄 대기권에 탄도 진입할 예정이다. 카시니-하위헌스의 발견을 바탕으로, 몽골피에르는 배치 위도인 타이탄 표면으로부터 약 20°N, 10km 상공에서 정상 작동 수명 동안 최소 한 번 타이탄을 순회할 수 있을 것으로 예상된다.
3. 1. 탐사선 구성
타이탄 토성계 임무(TSSM)는 궤도선과 두 개의 타이탄 탐사용 탐사선으로 구성된다. 하나는 타이탄의 구름 속을 떠다닐 열기구(몽골피에 형식)이고, 다른 하나는 타이탄의 메탄 바다 중 한 곳에 착수할 착륙선이다.[27][28]
두 탐사선의 데이터는 타이탄 궤도선으로 전송될 예정이다. 이 탐사선에는 이미징, 레이더 프로파일링, 표면 및 대기 샘플링을 위한 장치가 장착되어 카시니-하위헌스 임무보다 훨씬 더 완벽하게 타이탄의 특징을 연구할 수 있게 된다.
호수 착륙선 개념과 관련하여 수많은 제안이 제시되었다. 지금까지 가장 상세한 계획 중 하나는 타이탄 마레 익스플로러(TiME)로, 원래는 별도의 정찰 임무로 제안되었지만 결국 연기되어 TSSM에 포함될 수 있다.[8][9] TiME은 리게이아 마레를 목표로 할 것이며, 호이겐스 탐사선처럼 낙하산을 이용하여 하강할 것이다. 6시간 동안 대기를 분석한 후 액체 표면에 착수할 것이다.
3. 2. 탐사 장비
탐사선에는 이미징, 레이더 프로파일링, 표면 및 대기 샘플링을 위한 장치가 장착되어 카시니-하위헌스 임무보다 더 완벽하게 타이탄의 특징을 연구할 수 있도록 설계되었다.[3]
3. 3. 타이탄 마레 익스플로러 (TiME)
타이탄 마레 익스플로러(TiME)는 TSSM의 호수 착륙선으로 고려되었던 탐사선이다.[8][9] 원래는 별도의 정찰 임무로 제안되었으나, TSSM에 포함될 가능성이 있었다.[17][18] TiME은 고급 스털링 방사성 동위원소 발전기(ASRG)를 사용하여 전력을 공급받는다.[9][10] 리게이아 마레를 목표로 하여, 호이겐스 탐사선처럼 낙하산을 이용해 하강 후 착수한다. 6시간 동안 대기를 분석하고, 3~6개월 동안 표면의 유기물을 샘플링 및 분석한다.[17][18]
주요 임무 외에도 TiME에는 다음과 같은 첨단 장비가 탑재될 수 있다.
| 장비 | 설명 |
|---|---|
| 액체 탄화수소 분석 분광계 | 액체 탄화수소를 분석한다. |
| 호수 바닥 매핑 음파 탐지기 | 호수 바닥을 매핑한다. |
| 기상 관측소 | 타이탄의 기상 조건을 모니터링한다. |
또한 임무 계획자들은 TiME에서 배치하여 리게이아 마레의 표면 아래를 탐사할 수 있는 잠수 탐사선을 포함하는 것을 고려하고 있다.
4. 발사
초기에는 2019년에 델타 IV 헤비, SLS, 아틀라스 V 중 하나를 이용해 발사될 예정이었다.[29] 그러나 EJSM을 우선시하면서 2020년대로 발사가 연기되었다.[24] 기본 설계는 2020년 9월 발사, 4번의 중력 보조(지구–금성–지구–지구)를 거쳐 2029년 10월 토성에 도착하는 것이었다. 하지만 현재 NASA 계획은 타이탄 토성계 임무에 우선순위를 두지 않아, 제안된 발사 날짜를 맞출 가능성은 낮다.
5. 과학적 목표
TSSM 임무의 주요 목표는 다음 네 가지로 요약할 수 있다.
카시니-하위헌스 탐사 결과, 타이탄은 태양계에서 지구와 가장 유사하게 지질 및 대기 과정의 균형을 갖춘, 여전히 작동하는 유기 활동에 의해 만들어진 세상으로 밝혀졌다. 또한, 카시니가 발견한 타이탄의 조밀한 대기와 표면 아래 깊숙이 위치한 내부 바다는 액체 물로 구성된 것으로 추정된다. TSSM은 다른 세계의 육지, 바다, 공기에서 활발한 유기 화학 및 기후에 대한 광범위하고 학제적인 현장 조사를 수행하는, 50년 우주 탐사 역사상 최초의 임무가 될 것이다.
5. 1. 타이탄에서의 과학적 목표
타이탄에서의 과학적 목표는 표면의 조성과 다양한 유기 성분의 지리적 분포, 메탄 주기 및 메탄 저수지, 표면 지형의 연령, 특히 냉화산 활동과 구조 운동이 활발하게 진행 중인지 또는 더 활발했던 과거의 유물인지에 대한 정보를 제공하는 것이다. 또한 암모니아, 자기장, 지하 바다의 존재 또는 부재, 상층 대기에서 복잡한 이온 형성을 유발하는 화학 반응, 그리고 카시니 이후 탐사가 미흡한 400–900 km의 대기에서 넓은 고도 범위에 대한 정보를 제공하는 것이다.[9] 또한, 모든 수준에서 대기의 계절 변화와 장기간에 걸친 성분의 우주 유출에 대해 이해해야 할 부분이 많이 남아 있다.5. 2. TiME의 과학적 목표
TiME 착륙선은 타이탄 북반구의 메탄 해인 리게이아 해에 착수할 예정이었다. 타이탄의 메탄 주기는 지구의 수문 순환과 유사하게 액체 및 기체 상태로 존재하는 기상 작동 유체를 통해 이루어진다. TiME은 타이탄의 메탄 주기를 직접 관측하고, 지구의 수문 순환과 어떤 유사점과 차이점이 있는지 연구할 수 있도록 할 것이다.[9]
6. 지원, 개발, 투자
미국 항공우주국(NASA), 제트 추진 연구소(JPL), 고다드 우주 비행 센터(GSFC), 사우스웨스트 연구소(SwRI), 유럽 우주국(ESA), 아리안스페이스, EADS 아스트리움에서 지원, 개발, 투자하였다.
참조
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2009-11-08
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[3]
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[4]
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https://www.nasa.gov[...]
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2018-08-30
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