일본, 화성 위성 탐사선을 발사해 포보스에 착륙하고 첫 번째 샘플 배치 가져오기

요약:

일본 항공우주 탐사국(JAXA)은 화성 위성 포보스에서 샘플을 수집해 지구로 돌려보내기 위해 2026년 10월 20일 다네가시마 우주센터에서 '화성 위성 탐사 프로젝트'(MMX) 탐사선을 발사할 계획이다. 임무가 성공하면 MMX는 최소 10g의 포보스(Phobos) 물질을 가져와 화성 궤도를 도는 위성에서 샘플을 회수하는 최초의 인간 탐사 임무가 됩니다. 이번 임무는 2031년 샘플 반환을 완료할 것으로 예상된다.

MMX는 화성에 도달하는 데 약 1년이 걸리며, 약 3년 동안 화성과 달 근처를 공전하고 약 1년 후에 지구로 돌아올 것으로 예상됩니다. 전체 임무의 핵심 목표는 포보스 물질을 분석해 포보스와 데이모스의 형성 역사를 더 깊이 이해하고, 그 안에 보존될 수 있는 화성 물질을 찾는 것이다.

포보스의 반경은 약 11km에 불과하지만 그 중력은 이전에 일본이 발견한 소행성 류구보다 여전히 훨씬 강하고 동시에 달보다 훨씬 약합니다. 이로 인해 MMX는 특별한 착륙 환경에 직면하게 됩니다. 탐사선은 Ryugu에서 했던 것처럼 오랜 시간 동안 공중에 떠 있을 수 없으며 천천히 땅에 닿을 수 없습니다. 그렇게 하면 연료가 너무 많이 소모되기 때문입니다. 하지만 달 착륙을 위해 설계된 기술을 직접 적용할 수도 없습니다.

더 큰 문제는 지구와 화성 사이의 통신 지연이 최대 20분에 이를 수 있어 탐사선이 하강 및 착륙하는 동안 지상에서 실시간 제어에 의존할 수 없다는 점이다. MMX는 스스로 중요한 결정을 내려야 합니다. 포보스에 접근하면 탐사선은 아래 표면을 기존 분화구 및 지형 지도와 비교하고 그에 따라 위치를 조정한 후 자동으로 착륙하려는 지역으로 안내합니다. 고도가 300미터 미만인 경우 감지기는 표면의 높이에 예상치 못한 변화가 있는지도 확인하여 착륙 장소가 안전한지 여부를 판단합니다. 문제가 발견되면 MMX는 다른 위치로 이동하고 현재 착륙 시도를 포기한 후 다시 시작할 수 있습니다.

미쓰비시 전기가 설계한 이 탐사선의 발사 질량은 4,480kg이며, 그 중 절반 이상이 연료입니다. 탐사선은 화성으로 비행하고, 화성 근처에서 작동하고, 지구로 돌아오는 데 필요한 별도의 연료를 보유하고 있습니다. MMX는 화성계에 도착한 뒤 먼저 연료가 소진된 비행모듈을 버리고 화성의 또 다른 위성인 데이모스 상공을 비행한 뒤 후속 단계에서 탐사모듈을 버린다.

MMX가 주 착륙을 시도하기 전에 IDEFIX라는 소형 화성 위성 탐사선이 포보스 표면에 배치됩니다. 이 로버는 프랑스와 독일 우주국이 공동 개발했으며 약 100일 동안 포보스에서 작업하여 연구자들이 표면 상태를 평가하는 데 도움을 주고 대형 탐지기에 의한 후속 샘플링 작업에 대한 참고 자료를 제공할 것으로 예상됩니다.

MMX는 로봇 팔을 사용하여 Phobos 표면에 구멍을 뚫고 수집된 물질을 원통형 샘플 튜브에 로드합니다. 탐사선에는 포보스 표면의 미세먼지를 수집하기 위해 원래 NASA가 개발한 질소 샘플링 장치도 탑재되어 있습니다.

과학자들은 이 샘플을 사용하여 포보스와 데이모스가 어떻게 형성되었는지에 대한 질문에 답하기를 희망합니다. 현재 두 가지 주요 이론이 있습니다. 하나는 두 개의 위성이 화성에서의 거대한 충돌 후 우주로 던져진 잔해가 점진적으로 축적되어 형성되었다고 믿습니다. 다른 하나는 원래는 외부 태양계의 소행성이었고 나중에 화성에 의해 포착되었다고 믿습니다.

포보스와 데이모스는 표면이 더 어두워서 물과 탄소가 풍부한 소행성과 모양이 비슷합니다. 그러나 두 위성의 거의 원형에 가까운 궤도, 기본적으로 화성의 적도면과 일치하는 궤도면, 화성의 자전 방향과 동일한 주행 방향은 '충돌 파편 형성' 이론과 더 일치합니다.

또한 연구원들은 포보스에 화성 물질이 포함되어 있을 수도 있다고 믿고 있습니다. 지난 수십억 년 동안 화성 표면은 지속적인 충격을 받아 왔으며, 우주로 던져진 화성 물질 중 일부는 결국 두 개의 달에 닿았을 수도 있습니다. 과학자들은 MMX가 수집한 샘플의 약 0.1%가 화성 자체에서 나온 것일 수 있다고 추정합니다.

이 임무에는 약 3억 4,500만 달러의 비용이 소요될 것으로 예상됩니다. 일본이 화성 탐사선을 발사한 것은 28년 만에 처음이다. MMX는 과학적 연구 목표 외에도 자율 항법, 자동 착륙, 샘플 반환 등 핵심 기술을 테스트해 향후 더욱 복잡한 화성 탐사 임무를 위한 경험을 축적할 예정이다.