2024년은 우주 탐사의 해: 달과 화성, 목성으로 간다

2023년은 우주 탐사에서 중요한 해였다. 미국 항공우주국(NASA)의 오시리스-렉스 미션은 소행성에서 샘플을 채취해 지구로 보내줬고, 인도의 찬드라얀-3 미션은 사상 최초로 달의 남극을 탐사했다.

2024년도 2023년 못지않게 우주 탐사에 있어 매우 흥미로운 해가 될 것으로 보인다. 미국의 유인 달 탐사 프로그램인 아르테미스 계획과 그 하위 프로젝트인 ‘민간 달 탑재체 수송 서비스’(CLPS)에 따라 여러 가지 새로운 미션이 달을 목표로 진행될 예정이다. 또 모든 것이 계획대로 진행된다면 올해 하반기 중 9월에는 화성 달 탐사 미션인 화성 위성 탐사선이, 10월에는 유로파 클리퍼와 헤라가, 11월에는 아르테미스 2호와 바이퍼가 발사되는 등 여러 발사가 예정돼 있다.

행성 과학자로서 2024년에 가장 기대되는 우주 미션 6가지를 소개한다.

1. 유로파 클리퍼(Europa Clipper)

미국은 목성의 가장 큰 위성 중 하나인 유로파를 탐사하기 위해 유로파 클리퍼를 발사할 예정이다. 유로파는 지구의 달보다 약간 작고 표면이 얼음으로 이뤄져 있다. 그 얼음 껍질 아래에는 바닷물이 있을 가능성이 높다. 과학자들은 지구의 모든 바다를 합친 것보다 두 배 이상의 물이 있을 것으로 예상한다.

과학자들은 유로파 클리퍼를 통해 유로파의 바다가 외계 생명체에 적합한 서식지인지를 조사하려고 한다. 이 탐사선은 유로파를 약 50회 비행해 유로파의 얼음 껍질, 표면 지질, 해저 바다를 연구할 계획이다. 또한 유로파에서 분출하는 활화산 간헐천도 찾아낼 예정이다. 이 미션으로 유로파 같은 해양 세계를 이해하고자 하는 과학자들의 판도가 바뀔 것으로 보인다.

하늘 문이 열리는 시간이라고도 불리는 발사 가능 시간대, 이른바 발사 윈도우는 2024년 10월 10일에 시작해 21일간 지속된다. 클리퍼는 스페이스X 팰컨 헤비 로켓에 실려 발사돼 2030년에 목성계에 도착할 예정이다.

2. 아르테미스 2호 (Artemis II)

그리스 신화에 나오는 아폴로의 쌍둥이 누이의 이름을 딴 아르테미스 프로그램은 미국이 1972년 아폴로 17호 이후 50여년 만에 처음으로 달에 사람을 보내려는 계획이다. 이 프로그램으로 여성과 흑인이 최초로 달 궤도에 가게 된다. 또 아르테미스 프로그램에는 인간이 우주에 장기간 혹은 지속해서 머무르며 궁극적으로 화성에 사람을 보낼 수 있도록 준비하는 계획도 포함돼 있다.

아르테미스 2호는 이 계획의 첫 번째 단계로, 우주인 4명이 탑승한 우주선이 10일간 달 궤도를 비행하고 귀환하는 미션이다. 이 미션은 2022년 말 달 무인 캡슐을 달 궤도에 보낸 아르테미스 1호를 기반으로 한다. 아르테미스 2호는 2024년 11월에 발사될 예정이지만, 우주복과 산소 장비 등 필요한 모든 장비의 준비 여부에 따라 2025년으로 미뤄질 가능성도 있다.

3. 바이퍼 (VIPER)

극지 탐사 로버(Volatiles Investigating Polar Exploration Rover)의 약자인 바이퍼는 2024년 말 달의 남극을 탐사하는 데 사용할 골프 카트 크기의 로봇이다. 원래 2023년에 발사될 예정이었지만, NASA는 민간업체 아스트로보틱이 CLPS에 따라 개발한 착륙선 시스템에 대한 추가 테스트를 위해 미션을 미뤘다.

이 로봇 탐사선은 달의 온도에서 물과 이산화탄소처럼 쉽게 증발하는 분자인 휘발성 물질을 탐색하도록 설계됐다. 이런 물질은 향후 인류의 달 탐사에 필요한 자원을 제공할 수 있다. VIPER 로봇은 섭씨 107도에 이르는 달의 뜨거운 낮 지역과 섭씨 영하 240도에 이르는 달의 혹독한 음영지역을 100일 동안 배터리, 히트 파이프, 라디에이터에 의존해 탐사할 것이다. VIPER의 발사와 달 표면으로의 인도는 2024년 11월로 예정돼 있다.

4. 루나 트레일블레이저(Lunar Trailblazer)와 프라임-1(PRIME-1) 미션

NASA는 최근 ‘행성 탐사를 위한 작고 혁신적인 임무’(Small, Innovative Missions for Planetary Exploration)의 약자인 SIMPLEx라는 미션에 투자하고 있다. 이 미션은 라이드셰어 또는 보조 페이 로드라고 불리는 다른 발사에 동승해 비용을 절감한다.

그 한 가지 예가 루나 트레일블레이저이다. 루나 트레일블레이저는 바이퍼와 마찬가지로 달에서 물을 찾는 임무를 수행한다. 하지만 바이퍼는 달 표면에 착륙해 남극 근처의 특정 지역을 자세히 연구하는 반면, 루나 트레일블레이저는 달 궤도를 돌면서 표면의 온도를 측정하고 달의 표면에 있는 물 분자의 위치를 파악할 것이다.

현재 루나 트레일블레이저는 2024년 초까지 준비가 완료될 예정이지만, 루나 트레일블레이저가 보조 탑재체이기 때문에 루나 트레일블레이저의 발사 시기는 주 탑재체의 발사 준비 상황에 따라 달라진다.

루나 트레일블레이저는 2024년 중반 발사가 예정된 프라임-1과 동승할 것이다. 프라임-1은 달을 시추할 예정인데, 이는 바이퍼가 사용할 드릴의 종류를 시험하기 위해서다.

그러나 프라임-1의 발사 날짜는 이전 발사가 제시간에 진행되는지 여부에 따라 달라질 수 있다. 같은 착륙 파트너를 가진 이전의 CLPS 미션이 빨라야 2024년 2월로 미뤄졌고, 이것이 또 미뤄지면 프라임-1과 루나 트레일블레이저의 발사도 미뤄질 수 있다.

5. MMX(Martian Moon eXploration)

2024년에 지구의 위성인 달에 크고 작은 로봇과 우주인 등 많은 방문객이 있을 예정인데, 화성의 위성인 포보스와 데이모스도 곧 방문객을 맞이할 예정이다. 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 2024년 9월경 발사를 목표로 화성 달 탐사(MMX)라는 로봇 미션을 개발 중이다.

탐사선 MMX의 주요 과학적 목표는 화성의 위성의 기원을 파악하는 것이다. 과학자들은 포보스와 데이모스가 화성의 중력에 의해 궤도에 진입한 소행성인지, 아니면 이미 화성 주변 궤도에 있던 잔해가 모여 형성된 것인지를 확실하게 알지 못한다. MMX는 3년 동안 화성 주변에서 포보스와 데이모스를 관측하는 과학 작업을 수행하게 된다. 또한 MMX는 포보스 표면에 착륙해 샘플을 채취한 후 지구로 귀환할 예정이다.

6. 헤라(Hera)

헤라는 유럽우주국(ESA)이 2022년 NASA의 다트(DART) 탐사선이 방문한 디디모스-디모르포스 소행성계를 다시 가는 임무를 수행하는 탐사선이다.

하지만 다트는 단순히 소행성을 방문하는 데 그치지 않고, ‘운동 충돌’이라는 행성 방어 기술을 테스트하기 위해 소행성 중 한 곳과 충돌했다. 다트가 디모포스 소행성에 얼마나 강력한 힘을 가했는지, 디모포스의 궤도가 변경되기도 했다. 키네틱 임팩트 기술은 물체에 부딪혀 궤도를 변경하는 기술이다. 이 기술은 무언가가 지구와 충돌할 가능성이 있어 그것의 방향을 바꿔야 할 때 유용하게 사용될 수 있다.

헤라는 2024년 10월에 발사돼 2026년 말에 디디모스와 디모포스 소행성에 도착하여 소행성의 물리적 특성을 연구할 예정이다.