(NASA's New Horizons mission made the first exploration of Pluto-Charon and its system of small moons in 2015. The scientific discoveries led the science community to push for a return to Pluto with an orbiter or to explore other dwarf planets in the Kuiper Belt. Credit: NASA/JHUAPL/SwRI)
(The SwRI-developed Pluto orbital tour design shows scientific objectives can be met with only tiny fuel resources and numerous gravity assists using Pluto's giant moon Charon. Credit: Southwest Research Institute)
뉴호라이즌스호의 명왕성 탐사로 우리는 명왕성과 그 위성들에 대한 상세한 정보를 얻었지만, 사실 명왕성을 비롯한 해왕성 궤도 너머의 카이퍼 벨트 천체에 대한 탐사는 이제 시작이라고 할 수 있습니다. 과학자들은 뉴호라이즌스처럼 명왕성을 스쳐지나가는 탐사선보다 세레스와 베스타를 탐사한 던(Dawn)처럼 장시간 위성이 되어 상세한 탐사가 가능한 차세대 탐사선을 구상하고 있습니다.
문제는 명왕성까지 거리가 너무 멀어 우주선을 플라이바이를 통해 속도를 높였는데, 그걸 명왕성에서 갑자기 줄여야한다는 것입니다. 명왕성까지 가는 길에는 목성을 비롯해 질량이 큰 행성들이 있어 한 번만 플라이바이를 해도 속도를 크게 높일 수 있지만, 명왕성에서 감속을 위해 플라이바이를 해도 속도를 충분히 줄이기 어렵다는 것입니다.
사우스웨스트 연구소(Southwest Research Institute)의 과학자들은 명왕성의 대형 위성인 카론이 이 문제의 해결책이 될 수 있는지 연구했습니다. 명왕성과 카론을 지나는 복잡한 궤도를 반복적으로 지나면서 감속하면 명왕성권의 궤도에 진입할 수 있다는 것입니다. (위의 사진 참조) 하지만 명왕성과 카론 모두 충분히 감속하기에는 질량이 작아서 수십회의 복잡한 플라이바이와 궤도 변경이 필요합니다. 만약 화학 로켓을 사용하면 우주선의 무게가 감당하지 못하게 커질 것입니다.
따라서 연구팀은 최신의 이온 로켓 엔진 및 원자력 전지를 사용하는 방안을 제안하고 있습니다. 이를 통해 던 탐사선처럼 장시간에 걸쳐 임무를 수행할 수 있는 것입니다. 수십 번 이상의 궤도 전이를 통해서 명왕성과 그 위성을 상세히 관측한다면 뉴호라이즌스호가 남긴 많은 궁금증을 해소할 수 있을 것으로 기대됩니다.
하지만 실제로 개발 및 발사에는 많은 비용과 시간이 필요할 것입니다. 연구팀은 2025년에서 2040년 사이에 발사가 가능할 것으로 기대하고 있지만, 여러 탐사 임무가 대기 중인 점을 생각하면 명왕성 궤도 탐사선 임무는 당장에는 추진되기 어렵습니다. 그러나 이런 사전 연구가 진행되어야 일단 사업의 기술적 타당성 및 방법에 대한 논의가 시작될 수 있기 때문에 필요한 연구라고 할 수 있습니다.
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