원자력/우주항공

화성탐사선 잉훠1호, 화성 공간구조 탐사

발행일 : 2011 / 10 / 31

중국 최초의 화성탐사선 잉훠(萤火)1호가 최근 카자흐스탄의 바이코누르 발사장으로 운반되어 11월 9일 새벽에 러시아의 제니트(Zenit)로켓에 실려 포보스 그런트(Phobos-Grunt) 화성탐사선과 함께 발사된다.

□ 화성탐사 배경

중국 국가항천국이 2000년 우주과학이 중국 민간우주의 주요 구성부분이라고 발표한 이래 중국 우주탐사는 중지되지 않고 지구공간 쌍성(双星) 탐사계획, 달탐사공정을 가동하여 단계적인 진전을 보였다. 8월 25일 창어2호위성이 태양과 지구의 중력이 균형을 이루는 점인 지구와 약 150만km 떨어진 라그랑주점(Lagrange Point)의 비행궤도에 정확하게 진입하여 태양계에서 가장 멀리 비행한 위성이 되었다. 그러나 이번에 잉훠1호는 3억 5,000만km까지 비행한다.

중국과학원 우주과학 및 응용연구센터 우지(吴季) 잉훠1호공정 응용 수석과학자는 “중국의 과학자는 보다 이른 시기에 화성탐사 소원이 있었고, 또 해외 탐사 데이터를 활용해 연구를 했다. 최초의 탐사가 착륙장치가 아닌 궤도장치를 우선 활용하여 탐사해야 하기 때문에 잉훠1호는 중국 화성탐사의 선구자로 비유할 수 있다.”라고 밝혔다.

화성탐사가 단지 사람들의 호기심을 충족시켜주기 위해서인지 아니면 더욱 현실적인 동기가 있는지? 우지 과학자의 소개에 의하면, 화성 연구는 지구 역사 및 미래 연구와 흡사하다. 지구가 태양계에서 극히 특수하여 인류가 살 수 있는 유일한 곳이지만 이러한 상황은 변하지 않는 것이 아니다. 역사적으로 지구에는 현재의 화성과 같이 이상하게 추운 시기가 나타난 바 있다. 지구 이웃으로서의 화성의 지질환경과 많은 계수는 모두 지구에 근접하다. 지구온난화로 향후 지구가 지나치게 더워져 바닷물이 모두 증발해 두 번째 화성이 될 수 있지 않는지의 문제가 제기되고 있다. 이러한 문제는 다른 행성의 역사와 현황을 비교해야만 답을 얻을 수 있다.

□ 국제협력으로 화성 공간 환경 탐사

러시아 과학자가 화성탐사 계획을 재차 실시한 후 로켓에 탑재 여분이 남아 러시아 측은 중국이 이 계획에 동참하여 마이크로위성(micro-satellite)을 탑재할 것을 능동적으로 초청했다. 중국의 경우 심우주 관측망 구축에 앞서 러시아의 우주선을 이용해 화성까지 비행하여 러시아와 공동 탐사를 진행할 경우 중국 과학자가 자체 탐사 데이터로 화성 연구를 하는 기간을 앞당길 수 있다. 이러한 배경에서 잉훠1호가 등장했다.

잉훠1호의 사명은 우주 환경 탐사이다. 잉훠1호는 러시아의 화성탐사선과 공동으로 양국 과학자의 화성 대기에 대한 이해 증진에 도움을 주는데, 이는 인류사상 서로 다른 위치에 설치된 우주탐측기가 화성 전리층과 자기장에 대해 동시에 연구하는 전례 없는 사례이다.

1960년대 이래 인류는 화성에 40여 개의 탐사선을 발사하였다. 그 중 15회가 화성궤도에 진입했고, 8회는 착륙에 성공하여 순찰차량 3대를 화성에 착륙시켰다. 그러나 이들 탐사계획의 과학적 목표는 거의 모두 물의 흔적 추적, 생명신호 발견이고, 궤도 역시 모두 원형의 극궤도이다. 러시아의 ‘phobos 2호’만이 화성 우주 환경 탐사를 진행했지만 3개월만 탐사하고 지상과의 연계가 두절되었다. 따라서 인류가 화성의 고층 대기, 전리층, 자기층 환경과 태양풍의 상호작용에 대한 이해가 미흡하다. 잉훠1호는 이번에 이 부분의 탐사를 진행하는데, 이는 세계에서 중요한 의미가 있다.

□ 심우주 탐사의 3대 도전

청화대학 항공우주대학 리쥔펑(李俊峰) 부원장은 이번에 발사할 잉훠1호가 기술검증 또는 실험부분이 더욱 많아져 향후 독자적으로 화성을 포함한 행성 탐사를 진행하기 위한 단단한 기반을 마련할 것이라고 지적했다. 러시아의 제니트로켓은 경험이 풍부하여 잉훠1호의 화성궤도 진입은 별 문제가 없으며, 난제는 조합시스템 분리 후의 심우주 관측과 통신이다.

잉훠1호의 기술상 최대 도전은 작은 것이다. 발사 중량의 제한으로 잉훠1호는 역사적으로도 드물게 가볍다. 하중이 작고 거리고 멀며 임무가 과중하다.

◯ 첫 도전
8.8시간 지속되는 화성 음영이 7개이다. 이 기간 탐사선은 태양에서 오는 에너지를 얻지 못하여 부분적인 부품이 휴면상태에 진입한다. 주위 환경 온도가 -200℃로, 잉훠1호는 수시로 ‘얼어 죽을’ 위험에 직면한다.

◯ 두 번째 도전
초원거리로 신호 감쇄와 전송시간 연기를 초래한다. 특히 중국은 세계를 커버하는 심우주 관측망이 구축되지 않아 러시아와 유럽우주국(ESA)의 도움을 받아 시분할 신호를 수신해야 한다. 3개 지상국이 공동으로 신호를 수신하더라도 잉훠1호가 획득하는 5-10%의 데이터만 다운로드가 가능하다.

◯ 세 번째 도전
다중 위성 포지셔닝 문제다. 지구로 데이터를 전송하려면 지구에 대해 포지셔닝을 진행하고 화성 사진을 찍으려면 계측기로 화성에 대한 포지셔닝을 진행해야 하며, 태양전지판은 수시로 태양에 대한 포지셔닝을 진행해야 한다. 이처럼 탐사선의 자세 제어 난이도가 아주 높다.