나사가 차기 유인 우주 탐사에서 중요한 결정을 내렸습니다. 그것은 바로 ARM : Asteroid Redirect Mission 의 방식을 결정한 것입니다. 이전에 소개드렸듯이 나사는 현재 개발 중인 오리온/SLS가 완성되면 이를 가지고 본래 콘스텔레이션 계획에서 생각했듯이 화성 탐사에 앞서 달로 먼저 돌아가지 않을 것입니다.
본래는 나사의 오랜 숙원 사업인 달 유인 기지 건설을 생각했지만 현재 예산 상태에서는 거의 실현 가능성이 없기 때문에 나사는 아예 남은 예산을 달 보다 더 멀리 가는데 집중하기로 결정한 것입니다. 물론 궁극적인 목표는 인류의 화성 착륙입니다. 다만 한번에 갈 수는 없고 단계를 거쳐야 합니다.
나사의 ARM은 화성 탐사 이전 단계로 소행성을 포획해서 탐사하는 것을 목표로 삼고 있습니다. 따라서 소행성이 새로 만든 SLS와 오리온 우주선이 제대로 작동하는지 시험하는 무대가 될 것입니다. 소행성을 포획하는 데는 두 가지 방법이 있습니다. 첫 번째는 진정한 의미의 소행성 포획 계획으로 거대한 포획 장치로 작은 소행성을 잡는 방법입니다. 두 번째는 큰 소행성에 착륙해서 큰 암석 덩어리를 포획하는 방법입니다. 이 방법들에 대해서는 이전 포스트에서 이미 소개한 바 있습니다.
이전 포스트 : http://jjy0501.blogspot.kr/2014/09/NASA-Asteroid-Redirection-Mission-Target-Candidates.html
당시 나사는 지구 주변에 있는 소행성 3 개 - 2009 BD, 2011 MD, 2013 EC20 - 를 작은 소행성을 포획하는 임무 후보로 선정한 바 있으나 2015년 3월 25일 발표한 보도 자료에서 이 계획은 결국 선택되지 않았다고 밝혔습니다. ARM 의 미션 목표가 큰 소행성 표면에서 암석을 채취하는 것으로 결정되었기 때문입니다.
(ARM 미션의 두가지 컨셉 아트. 작은 소행성을 직접 포획하는 것과 큰 소행성 표면에서 큰 바위를 채취하는 두가지 컨셉이 존재 On the left, a notional concept image of ARM robotic capture option A, which would envelop an entire free-flying asteroid. On the right, a notional concept image of ARM robotic capture option B, which would retrieve a bolder from a larger asteroid.
Image Credit: NASA )
(최종적으로 선택한 임무 컨셉 Close-up of the Asteroid Redirect Vehicle departing the asteroid after capturing a boulder from its surface. Image Credit: NASA)
(유인 임무 동영상)
(로봇 임무 동영상)
본래 ARM 임무는 두 가지 컨셉이었습니다. 각기 장단점이 있는데, 결국 결정된 표면 암석 채취 미션은 더 어려울 수는 있지만, 장기적으로 보면 더 중요할 수 있습니다. 왜냐하면 소행성 표면에서 큰 암석을 채취한 후 그 주변을 돌면서 중력 견인(gravity tractor)의 컨셉을 실제로 테스트할 계획이기 때문입니다.
중력 견인은 지구에 위협이 될만한 크기의 소행성의 궤도를 변경하는 것으로 우주선이 가진 질량을 이용해서 소행성을 한쪽 방향으로 견인하는 것입니다. 약간만 궤도가 변경되도 지구에 도달할 때가 되면 그 궤도는 크게 빗나가게 됩니다. 그런데 이 정도 큰 질량을 가진 우주선을 지구에서 발사하려면 비용이 엄청나게 듭니다. 그렇게 하는 대신 소행성 표면에서 큰 암석을 채취해서 그 중력으로 견인을 한다면 더 효과적으로 임무를 수행할 수 있습니다.
(The asteroid redirect vehicle demonstrates the "gravity tractor" planetary defense technique on a hazardous-size asteroid. The gravity tractor method leverages the mass of the spacecraft to impart a gravitational force on the asteroid, slowly altering the asteroid's trajectory. Image Credit: NASA)
당장에 대형 소행성이 지구를 지나가진 않겠지만, 이런 방식으로 소행성의 궤도를 변경할 수 있다면 반드시 지구 방위 뿐 아니라 여러 가지 유용한 목적에 사용할 수 있습니다. 이를 테면 여러 가지 자원을 가진 소행성을 인간의 의도한 장소로 견인할 수 있는 것이죠. 견인 광선으로 소행성이나 우주선을 끌어오는 일은 SF 영화에서는 흔히 볼 수 있지만 시도되는 것은 처음입니다.
중력 견인 테스트를 마무리한 후 암석을 지닌 로봇 우주선은 태양 전기 추진 (SEP : Solar Electric Propulsion) 방식으로 이를 달 궤도 근방으로 끌고 옵니다. SEP는 이미 던 우주선에서 성공적으로 작동한 바 있습니다. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2015/03/Ion-Engine-on-Dawn-Spacecraft.html 참조) 태양 에너지를 이용한 이온 추진 로켓은 앞으로 장거리 우주 여행에서 표준으로 자리잡을 가능성이 높습니다. 이번에 시도되는 SEP 는 역사상 가장 크고 강력한 이온 로켓이 될 것입니다.
일단 소행성 샘플을 끌고 오면 오리온 우주선을 이용해서 사람이 직접 가서 이를 탐사하고 필요한 샘플을 구해서 오게 됩니다. 물론 이는 인류 최초의 유인 소행성 탐사가 될 것입니다.
시도되는 후보 소행성은 앞서 언급했듯이 3개입니다. 소행성 이토카와, 베뉴, 그리고 2008 EV5입니다. 이토카와의 경우 일본의 하야부사 탐사선이 이미 그 표면을 상세하게 탐사해서 후보 암석을 고르기 편리하다는 장점이 있습니다. 베뉴는 나사의 OSIRIS - REx ( Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer ) 임무의 목표로 앞으로 상세하게 탐사가 될 것이라는 장점이 있습니다. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2014/11/NASAs-next-target-is-the-Bennu.html 참조)
순조롭게 진행이 될 것인지는 아직 장담하긴 어렵지만 2020년대에 가장 큰 유인 우주 탐사라는 점은 의심할 수 없을 것 같습니다. 아마도 그때가 되면 전인류의 시선이 여기 집중되지 않을까 생각하네요.
참고
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