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태양계 이야기 1194 - 솔라 세일을 이용해 수성을 탐사하는 머큐리 스카우트


 

(Image of Mercury obtained by NASA's MESSENGER spacecraft in 2008. Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Arizona State University/Carnegie Institution of Washington)

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태양계의 가장 안쪽 행성인 수성은 생각보다 탐사가 까다로운 행성입니다. 우선 표면의 뜨거운 지역이 많아 로버나 착륙선을 내려보내기 쉽지 않고 주변을 도는 탐사선의 경우애도 태양의 중력이 강하게 작용하는 지역이라 공전궤도를 유지하는데 많은 연료가 필요합니다.

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브라운 대학교 연구팀은 아예 역발상 아이디어로 태양풍을 동력원으로 사용하는 솔라 세일알 이용한 수성 탐서선을 제안했습니다. 연구팀은 최근 제57회 달 및 행성 과학 학회에서 발표한 연구 논문 에서 태양 돛을 이용한 디스커버리급 탐사선 머큐리 스카우트 (Mercury Scout)의 개념을 공개했습니다.

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디스커버리급 탐사선 (Discovery-class mission)은 NASA의 저비용(10억 달러 미만) 탐사선으로, 수십억 달러가 투입되는 플래그십 탐사선에 비해 개발 속도를 높일 수 있도록 설계되었습니다. 수성의 경우, 최초로 수성 궤도에 진입한 NASA의 메신저 (MESSENGER) 탐사선 역시 디스커버리급 탐사선이었습니다.

솔라 세일은 연료를 많이 탑재하기 힘든 소형 탐사선의 약점을 극복할 수 있는 참신한 아이디어 입니다. 우주선이 수성에 가까워질수록 태양의 엄청난 중력이 우주선을 끌어당겨 속도를 크게 증가시키고, 많은 연료 없이는 속도를 줄이기가 매우 어렵워집니다. 하지만 반대로 태양풍이 강한 곳에서는 가속은 물론 감속을 위해 솔라세일을 활용할 수 있습니다. 더구나 연료가 고갈되지도 않습니다.

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머큐리 스카우트 탐사선의 궁극적인 목표는 최대 1미터의 픽셀 해상도를 제공하는 고해상도 협각 카메라(narrow-angle camera (NAC))를 사용하여 지질학적 영상 촬영 임무를 수행하는 것입니다. 참고로, NASA의 달 탐사선(Lunar Reconnaissance Orbiter)은 0.5미터 픽셀 해상도의 NAC를 사용하고 있으며, NASA의 메신저 탐사선은 최대 20미터 픽셀 해상도의 이미지를 촬영할 수 있는 NAC를 탑재했습니다.

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따라서 머큐리 스카우트는 수성에 대한 새로운 고해상도 데이터를 제공할 수 있습니다. 다만 해상도가 높은 만큼 아무래도 한 번에 찍는 범위는 좁을 수밖에 없습니다. 따라서 임무 기간이 길어지는데, 연료를 사용하지 않는 솔라 세일이 이 임무에 최적의 선택이 될 수 있습니다.

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(NASA's Next-Generation Solar Sail Mission)

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지금까지 솔라 세일 추진에 성공한 우주선은 2010년 일본의 이카로스(IKAROS) 임무와 2019년 미국 행성협회(The Planetary Society)의 라이트세일-2(LightSail-2)뿐입니다. NASA는 최근 첨단 복합 태양 돛 시스템 (Advanced Composite Solar Sail System (ACS3)) 기술을 시험했습니다. ACS3는 2024년 4월 발사되어 8월에 성공적으로 돛을 펼쳤습니다. 현재 저궤도에 있는 ACS3는 전자레인지 크기의 큐브샛을 탑재하고 있습니다.

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솔라 세일은 연료를 사용하지 않는 대신 추력이 약하기 때문에 앞서 임무들도 매우 작은 우주선과 큐브셋을 사용했습니다. 메신저 스카우트 역시 NAC 만을 탑재할 작은 소형 탐사선이 될 예정입니다. 다만 이 거리에서도 통신을 할 수 있는 매우 작고 가벼운 안테나가 필요한데, 나사의 메신저 탐사선과 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 아카츠키 탐사선처럼 평면 안테나를 탑재한다는 계획입니다.

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다만 수성 궤도에서 태양과의 거리가 매우 가깝기 때문에 열 제어가 마지막 걸림돌이 될 수 있습니다. 이를 피하기 위해 머큐리 스카우트는 수성 표면에서 약 200km에서 약 10,000km에 이르는 긴 타원 궤도를 돌게 됩니다. 가능한 수성의 그림자 안에 길게 들어가야 수년 간의 임무에서 열을 제어할 수 있을 것입니다.

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획기적인 아이디어로 보이는데, 실제 발사 임무로 채택될 수 있을지 주목됩니다.

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참고

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https://phys.org/news/2026-04-mercury-scout-mission-concept-solar.html

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Rescoping Mercury Scout: Solarsail Enabled Imaging Of Mercury. www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2026/pdf/2015.pdf

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