내일 새벽 베피콜롬보(BepiColombo) 우주선은 수성 표면에서 불과 236km 상공을 비행
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-06-19 21:24:20
3'20" 읽기
- 수성에서 BepiColombo의 세 번째 비행
- 행성에 접근하면서 처음에는 초당 5.4km로 가속
- 통과 후 약 13분이 지나면 낮과 밤의 경계와 행성의 빛나는 면이 우주선의 시야에 들어온다
- 태양 이온 추진력을 갖춘 최초의 수성 탐사선
2018년에 발사된 유럽-일본 머큐리 미션 베피콜롬보(BepiColombo)는 가장 안쪽 행성으로 가는 길에 많은 루프와 9번의 플라이바이 기동이 특징인 복잡한 경로를 따른다. 수성은 태양에 너무 가깝기 때문에 태양의 중력은 근처의 물체를 너무 많이 가속시켜 궤도에 진입할 수 없게 한다. 따라서 탐사선은 행성의 중력을 이용하여 여러 번 속도를 줄여야 한다. BepiColombo는 이미 다섯 번의 근접 비행을 성공적으로 완료했다. 지구에서 한 번, 금성에서 두 번, 수성에서 두 번이다.
수성 표면에서 236km 상공
이제 우리 시간으로 내일 오전 04시 30분경 수성의 세 번째 근접 비행이 다가오고 있다. 우주 탐사선은 가장 안쪽 행성의 표면에서 불과 236km 상공을 비행할 것이다. "BepiColombo가 수성의 중력장에 진입하면 행성과 관련하여 초당 약 3.6km의 속도로 움직일 것이다"며 "그것은 탐사선이 마지막 두 번의 저공비행을 한 속도의 절반보다 조금 더 빠른 속도다"고 유럽 우주국 ESA의 비행 역학 전문가 Frank Budnik이 설명했다.
수성 인력의 영향으로 BepiColombo는 행성에 접근하면서 처음에는 초당 5.4km로 가속된다. 그러나 우주선이 가장 근접한 후 행성에서 멀어지면 에너지를 잃고 태양에 대해 2.6도 편향되고 초당 0.8km 느려진다. Budnik은 "그게 바로 저공비행의 핵심이다"고 설명했다. "수성에 잡히려면 먼저 속도를 줄여야 하고 이를 달성하기 위해 지구, 금성, 수성의 중력을 이용해야 한다.“
수성의 밤 쪽 보기
내일 새벽, 이 저공비행을 위한 가장 가까운 접근 지점에서 BepiColombo는 Mercury의 밤 쪽 상공을 비행할 것이다. 따라서 행성의 표면은 현재 깊은 어둠 속에 있다. 하지만 통과 후 약 13분이 지나면 낮과 밤의 경계와 행성의 빛나는 면이 우주선의 시야에 들어온다. 그런 다음 모니터링 카메라를 사용하여 약 1,840km 거리에서 여러 장의 사진을 찍는다. 임무의 고해상도 과학 카메라는 현재 활성화되어 있지 않다.
플라이바이 동안 일부 과학 장비도 활성화되어 테스트를 수행하고 초기 데이터를 수집한다. 여기에는 PICAM 이온 분광계와 2개의 자력계가 포함된다. "처음 두 번의 저공비행과 유사하게 BepiColombo는 행성의 남반구를 측정하고 다시 한번 태양풍과 행성의 약한 자기장 사이의 상호 작용에 대한 흥미로운 통찰력을 제공할 것이다"고 오스트리아 그라츠소재 우주 연구소의 Daniel Schmid는 설명했다.
또한 Mercury Orbiter Radio-science Experiment(MORE)와 Laser Altimeter(BELA)도 활성화되어 있다. ESA 프로젝트 과학자 Johannes Benkhoff는 "저공비행 동안 데이터를 수집하는 것은 기기를 테스트하는 데 매우 중요하다"며 "2011년부터 2015년까지 수성 궤도를 도는 메신저 미션의 데이터와 데이터를 비교할 수 있는 기회를 제공한다"고 말했다.
태양 이온 추진력을 갖춘 최초의 수성 탐사선
이전 모델인 NASA 탐사선 Mariner-10 및 Messenger와 비교할 때 BepiColombo는 이온 드라이브를 사용하여 수성으로 비행한 최초의 우주 탐사선이라는 한 가지 특별한 기능이 있다. 대형 태양열 패널의 전기를 사용하여 연료 역할을 하는 크세논 가스를 이온화한다. 그런 다음 크세논 이온은 전자기장을 사용해 초당 5만 미터로 가속되고 노즐을 통해 방출된다. 이러한 드라이브는 이미 외부 태양계로의 비행에 사용되었지만, Mercury 임무에는 사용되지 않았다.
"이 추진 시스템은 15미터 길이의 태양열 돛의 태양 에너지를 추력으로 변환한다"고 ESA 엔지니어인 Neil Wallace는 설명했다. 그러나 이러한 이온 엔진의 추력은 기존의 화학 추진 노즐보다 훨씬 낮다"고 월리스는 말했다.
2025년에 수성 궤도 진입
현재 저공비행 후 BepiColombo는 이온 드라이브를 점점 더 많이 사용하여 소위 "추력 아크"에서 더 감속할 것이다. 활성 제동의 이러한 단계는 궤도 위치에 따라 며칠에서 두 달 사이에 지속된다. 2025년과 3번의 플라이바이 기동 후에야 BepiColombo의 속도가 느려져 탐사선이 수성 궤도로 진입할 수 있다. 거기에서 함께 여행한 두 개의 하위 탐사선(유럽과 일본)이 분리되어 자체 궤도에서 행성 궤도를 돌게 된다.
출처: European Space Agency (ESA), Österreichische Akademie der Wissenschaften
유럽 우주국(ESA), 오스트리아 과학 아카데미
- 수성에서 BepiColombo의 세 번째 비행
- 행성에 접근하면서 처음에는 초당 5.4km로 가속
- 통과 후 약 13분이 지나면 낮과 밤의 경계와 행성의 빛나는 면이 우주선의 시야에 들어온다
- 태양 이온 추진력을 갖춘 최초의 수성 탐사선
수성에서 BepiColombo의 세 번째 비행
내일 새벽 우주선은 수성 표면에서 불과 236km 상공을 비행한다.
행성의 인력을 통해 감속:
유럽-일본 우주선 베피콜롬보(BepiColombo)가 오늘 밤 수성에 대한 세 번째 근접 비행을 완료한다. 탐사선은 수성 표면에 236km까지 접근하고 행성의 중력 영향으로 인해 비행 속도를 더 늦춘다. 동시에 플라이바이 기동은 일부 과학 장비를 테스트하고 NASA의 이전 Merkur 미션 메신저와 비교 데이터를 수집할 수 있는 기회를 제공한다.
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| ▲ 유럽-일본 BepiColombo 우주선은 오늘 밤 수성 가까이 비행하여 비행 속도를 더 늦춘다. © ESA/ATG medialab |
2018년에 발사된 유럽-일본 머큐리 미션 베피콜롬보(BepiColombo)는 가장 안쪽 행성으로 가는 길에 많은 루프와 9번의 플라이바이 기동이 특징인 복잡한 경로를 따른다. 수성은 태양에 너무 가깝기 때문에 태양의 중력은 근처의 물체를 너무 많이 가속시켜 궤도에 진입할 수 없게 한다. 따라서 탐사선은 행성의 중력을 이용하여 여러 번 속도를 줄여야 한다. BepiColombo는 이미 다섯 번의 근접 비행을 성공적으로 완료했다. 지구에서 한 번, 금성에서 두 번, 수성에서 두 번이다.
수성 표면에서 236km 상공
이제 우리 시간으로 내일 오전 04시 30분경 수성의 세 번째 근접 비행이 다가오고 있다. 우주 탐사선은 가장 안쪽 행성의 표면에서 불과 236km 상공을 비행할 것이다. "BepiColombo가 수성의 중력장에 진입하면 행성과 관련하여 초당 약 3.6km의 속도로 움직일 것이다"며 "그것은 탐사선이 마지막 두 번의 저공비행을 한 속도의 절반보다 조금 더 빠른 속도다"고 유럽 우주국 ESA의 비행 역학 전문가 Frank Budnik이 설명했다.
수성 인력의 영향으로 BepiColombo는 행성에 접근하면서 처음에는 초당 5.4km로 가속된다. 그러나 우주선이 가장 근접한 후 행성에서 멀어지면 에너지를 잃고 태양에 대해 2.6도 편향되고 초당 0.8km 느려진다. Budnik은 "그게 바로 저공비행의 핵심이다"고 설명했다. "수성에 잡히려면 먼저 속도를 줄여야 하고 이를 달성하기 위해 지구, 금성, 수성의 중력을 이용해야 한다.“
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| ▲ BepiColombo의 세 번째 수성 저공비행 날짜와 숫자. © Name /CC-by-sa 3.0 IGO |
수성의 밤 쪽 보기
내일 새벽, 이 저공비행을 위한 가장 가까운 접근 지점에서 BepiColombo는 Mercury의 밤 쪽 상공을 비행할 것이다. 따라서 행성의 표면은 현재 깊은 어둠 속에 있다. 하지만 통과 후 약 13분이 지나면 낮과 밤의 경계와 행성의 빛나는 면이 우주선의 시야에 들어온다. 그런 다음 모니터링 카메라를 사용하여 약 1,840km 거리에서 여러 장의 사진을 찍는다. 임무의 고해상도 과학 카메라는 현재 활성화되어 있지 않다.
플라이바이 동안 일부 과학 장비도 활성화되어 테스트를 수행하고 초기 데이터를 수집한다. 여기에는 PICAM 이온 분광계와 2개의 자력계가 포함된다. "처음 두 번의 저공비행과 유사하게 BepiColombo는 행성의 남반구를 측정하고 다시 한번 태양풍과 행성의 약한 자기장 사이의 상호 작용에 대한 흥미로운 통찰력을 제공할 것이다"고 오스트리아 그라츠소재 우주 연구소의 Daniel Schmid는 설명했다.
또한 Mercury Orbiter Radio-science Experiment(MORE)와 Laser Altimeter(BELA)도 활성화되어 있다. ESA 프로젝트 과학자 Johannes Benkhoff는 "저공비행 동안 데이터를 수집하는 것은 기기를 테스트하는 데 매우 중요하다"며 "2011년부터 2015년까지 수성 궤도를 도는 메신저 미션의 데이터와 데이터를 비교할 수 있는 기회를 제공한다"고 말했다.
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| ▲ 2018년에 테스트된 BepiColombo 이온 엔진. © QinetiQ |
태양 이온 추진력을 갖춘 최초의 수성 탐사선
이전 모델인 NASA 탐사선 Mariner-10 및 Messenger와 비교할 때 BepiColombo는 이온 드라이브를 사용하여 수성으로 비행한 최초의 우주 탐사선이라는 한 가지 특별한 기능이 있다. 대형 태양열 패널의 전기를 사용하여 연료 역할을 하는 크세논 가스를 이온화한다. 그런 다음 크세논 이온은 전자기장을 사용해 초당 5만 미터로 가속되고 노즐을 통해 방출된다. 이러한 드라이브는 이미 외부 태양계로의 비행에 사용되었지만, Mercury 임무에는 사용되지 않았다.
"이 추진 시스템은 15미터 길이의 태양열 돛의 태양 에너지를 추력으로 변환한다"고 ESA 엔지니어인 Neil Wallace는 설명했다. 그러나 이러한 이온 엔진의 추력은 기존의 화학 추진 노즐보다 훨씬 낮다"고 월리스는 말했다.
2025년에 수성 궤도 진입
현재 저공비행 후 BepiColombo는 이온 드라이브를 점점 더 많이 사용하여 소위 "추력 아크"에서 더 감속할 것이다. 활성 제동의 이러한 단계는 궤도 위치에 따라 며칠에서 두 달 사이에 지속된다. 2025년과 3번의 플라이바이 기동 후에야 BepiColombo의 속도가 느려져 탐사선이 수성 궤도로 진입할 수 있다. 거기에서 함께 여행한 두 개의 하위 탐사선(유럽과 일본)이 분리되어 자체 궤도에서 행성 궤도를 돌게 된다.
출처: European Space Agency (ESA), Österreichische Akademie der Wissenschaften
유럽 우주국(ESA), 오스트리아 과학 아카데미
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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