"화성에 갈 땐 금성에 들렀다 가는 것이 시간·비용 절약"

금성 중력도움 비행하며 '일석이조' 유인탐사 효과

퍼서비어런스를 싣고 날아오르는 아틀라스Ⅴ 로켓 상상도 [NASA/JPL-Caltech 제공/ 재판매 및 DB 금지] [2020.07.03 송고]

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 15일 아랍에미리트(UAE)의 아랍권 첫 화성탐사선 '알-아말(Al-Amal)'호를 시작으로 중국의 '톈원(天問)-1호', 미국의 퍼서비어런스(Perseverance)가 잇따라 '붉은 행성' 화성을 향해 발사된다.

불과 보름여 사이에 화성을 목표로 로켓이 불을 뿜으며 솟아오르는 보기 드문 장관이 연이어 연출되는 것이다.

이는 지구와 화성의 공전 궤도와 주기에 맞춰 최상의 비행 궤도에 도달할 수 있는 '발사의 창'에 맞추기 위한 것으로 8월 중순까지 발사하지 않으면 26개월을 더 기다려야 한다.

현재는 화성을 향해 직접 발사되지만 중간에 금성을 거쳐서 중력 도움(flyby) 비행을 하는 것이 여러모로 더 도움이 된다는 분석 결과가 제시돼 주목을 받고있다.

충미션(왼쪽)과 합미션 궤도 비교 적색 실선은 지구에서 화성으로 갈 때, 청색실선은 화성에서 지구로 돌아올 때 궤도. 노란색선은 지구 귀환궤도에 오르기 위해 화성에서 체류해야 하는 기간(궤도변화)을 표시하고 있으며, 충미션의 적색 점선은 발사 초기의 오류로 임무가 취소됐을 때 지구귀환 궤도를 나타낸다. ['아카이브' 공개 백서 캡처]

과학전문 매체 '피즈닷오르그'(Phys.org)와 스페이스닷컴(space.com) 등에 따르면 존스홉킨스대학 응용물리연구소(JHUAPL)의 행성과학자 노엄 아이젠버그 박사 등이 참여한 연구팀은 금성의 중력 도움 비행을 연구 분석한 '백서'를 정식 출간 전 논문을 수록하는 온라인 저널 '아카이브'(arXiv.org)를 통해 발표했다.

연구팀은 이를 '국제우주항행학회'(IAA)가 후원하는 동료평가 저널인 '악타 아스트로노티카'(Acta Astronautica)에 제출할 예정이다.

연구팀은 중간에 다른 곳을 거치지 않고 지구와 화성 사이의 거리만 보고 발사하는 '합(合·conjunction) 미션'보다는 금성을 거치면서 금성의 중력을 이용해 화성까지 비행하는 '충(衝·opposition) 미션이 우주비행사의 화성 체류 시간을 획기적으로 단축하고 비용도 줄일 수 있는 것으로 분석했다.

지구에서 화성까지의 거리만 보고 발사하는 합 미션이 간단해 보이지만 두 행성이 비행에 적합한 위치로 정렬하기까지 26개월이 걸린다. 반면 충 미션은 19개월마다 발사의 창이 열린다.

특히 합 미션 때는 우주비행사가 화성에서 발사의 창이 열리기 기다리며 체류해야 하는 기간이 1년 반에 달하지만 충 미션 때는 이를 짧게는 한 달 정도로 줄일 수 있다.

충 미션이 금성을 거쳐 가느라 실제 비행 거리가 합 미션 때보다는 길지만 전체적으로는 지구 귀환 시점을 1년 가량 앞당길 수 있는 것으로 나타났다.

지난 2018년에 발사된 화성 탐사선 인사이트호의 합미션 궤도 청색은 지구, 녹색은 화성, 보라색은 인사이트호를 나타낸다. [HORIZONS System, JPL, NASA 제공/ 재판매 및 DB 금지]

이와 함께 우주선 발사 초기 오류가 발생해 임무를 취소하고 궤도를 수정해 지구로 귀환할 때도 금성을 거쳐 가는 것이 유리한 것으로 분석됐다.

연구팀은 또 유인 우주선이 금성의 중력도움을 받을 때 금성 표면의 로버나 드론을 직접 조종하면 5~28분가량 지체되는 현상 없이 실시간으로 대응할 수 있는 장점을 갖고 있다고 강조했다. 이는 금성과 화성에 각각 유인 우주선을 보내 탐사할 때보다 비용을 훨씬 적게 들이는 것으로, 일석이조의 효과를 거둘 수 있다고 했다.

연구팀은 금성 중력 도움 비행을 하면서 드론을 조종하는 것은 이미 꿈의 차원을 넘어서는 것이라고 지적했다.

지난 4월 공개된 미국항공우주국(NASA) 보고서가 미래 목표로 '2년짜리 화성탐사 미션'을 언급했는데, "일반적인 추진체를 사용한다고 가정한다면 화성에 2년만에 다녀올 수 있는 유일한 방법은 금성 중력도움 비행을 포함하는 것밖에 없다"고 설명했다.

eomns@yna.co.kr

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