NASA의 "프시케(Psyche)" 심우주 탐사선이 화성에 대한 대담한 근접 비행을 준비하고 있습니다. 화성 중력의 "새총" 효과를 사용하여 태양계에서 가장 독특한 금속 소행성 중 하나인 "프시케"라는 이름의 소행성을 향해 가속합니다. 동부 표준시인 5월 15일 금요일, 탐사선은 화성 표면으로부터 불과 약 4,500km의 고도를 시속 약 12,300마일(약 19,800km)의 속도로 통과할 예정입니다. 비행 궤적을 변경하고 속도를 높이면 주 소행성대까지의 장거리 여행에 중요한 추진력을 제공할 것입니다.

"Lingshen" 탐사선은 2023년 10월 13일에 발사되었습니다. 이 탐사선은 태양 전기 추진력과 크세논 가스에 의존하여 계속해서 천천히 가속하고, 다년간의 임무 동안 점차 속도를 높입니다. 화성 중력 지원을 통해 임무팀은 추진제 소비를 크게 절약하는 동시에 탐사선이 다음 해에 목표 소행성에 도달할 수 있도록 충분한 속도와 궤도 경사 변화를 얻을 수 있습니다. 이러한 유형의 행성 저공 비행은 궤도 설계의 핵심 링크일 뿐만 아니라 엔지니어와 과학자에게 최종 목표에 도달하기 전에 비행 제어 시스템과 과학적 탑재량을 종합적으로 테스트하고 보정할 수 있는 귀중한 기회를 제공합니다.

다가오는 비행 동안 "Psychia" 임무팀은 다중 스펙트럼 이미저를 사용하여 수천 번의 화성 관측을 수행하여 이미지 및 스펙트럼 데이터를 획득하여 이미징 시스템의 성능을 검증하고 소행성 궤도에서 후속 관측 전략을 최적화할 계획입니다. 탐사선은 비행 전에 이미지를 다시 보내기 시작했습니다. 5월 7일 이후 공개된 첫 번째 "원시" 이미지에서 화성은 여전히 ​​먼 별이 빛나는 하늘에 있는 희미한 빛일 뿐입니다. 후속 엔지니어들은 밝기와 대비를 조정하여 비행 중에 촬영된 많은 수의 이미지를 처리하고 앞으로 몇 주 안에 전체 근접 비행 과정을 보여주는 저속 촬영 시퀀스를 생성할 것으로 예상됩니다.

탐사팀은 비행의 정확한 수행을 보장하기 위해 2월 23일 궤도 수정 기동을 실시했다. 탐사선은 약 12시간 동안 연속 발사돼 5월 화성에 도착하면 계획대로 미리 정해진 고도에서 비행할 수 있도록 비행 궤도를 미세 조정하고 속도를 약간 높였다. 임무 계획 책임자인 Sarah Bairstow는 비행 통제팀이 탐지기가 5월 내내 수행해야 하는 모든 작업을 비행 컴퓨터에 기록했다고 말했습니다. "이번에는 처음으로 비행 중에 '몇 픽셀'보다 훨씬 큰 목표로 카메라를 보정할 수 있을 뿐만 아니라 다른 과학 장비도 관찰에 참여할 수 있습니다."

화성의 밤 쪽에서 '프시케'가 접근하고 있기 때문에 탐사선이 보는 화성의 모습은 지상에서 대중에게 친숙한 '풀 레드 디스크'와는 다르다. 미션 이미저의 리더인 짐 벨(Jim Bell)의 설명에 따르면 탐사선은 매우 높은 '위상각'으로 화성에 접근하고 있다. 즉, '밤 쪽에서 행성을 따라잡으면 햇빛에 거의 가려지지 않는 얇은 초승달만 보인다'는 것이다. 비행 전후에 탐사선은 먼저 가느다란 "화성 초승달"을 보게 될 것입니다. 비행 후에는 "전체 화성"에 가까운 모습을 볼 수 있는 기회를 갖게 됩니다. 이는 이미징 시스템의 보정에 도움이 될 뿐만 아니라 매우 장식적인 사진을 대량으로 생성할 것으로 예상됩니다.

과학자들은 또한 이 기회를 활용하여 화성 주변에 존재할 수 있는 희미한 먼지 고리를 탐지하는 데 관심이 있습니다. 연구에 따르면 화성의 두 개의 작은 위성인 포보스(Phobos)와 데이모스(Deimos)가 지속적으로 미세 유성과 충돌할 때 미세한 먼지 입자를 우주로 방출하여 화성 궤도 근처에 얇은 먼지 "고리" 또는 "환형 구름"을 형성할 수 있다고 추측됩니다. 만약 비행 시 조명 각도가 적절하다면 스피릿 스타의 영상 데이터 처리 과정에서 이러한 먼지들이 드러나 소형 화성 위성과 그 미세 환경을 이해하는 데 새로운 단서를 제공할 것으로 기대된다.

이번 저공비행은 영상 실험일 뿐만 아니라 다학제적 종합 관찰 훈련이기도 합니다. 탐사선의 자력계는 화성 자기장과 태양에서 온 하전 입자 사이의 상호 작용을 기록할 것으로 예상되며, 감마선과 중성자 분광계는 비행 중 우주선 선속의 변화를 모니터링하여 소행성 궤도의 고에너지 입자와 표면 물질을 후속 탐지하기 위한 경험을 축적할 것입니다. 또한 이미저는 "프시케" 소행성에 도착한 후 잠재적인 마이크로 위성을 보다 효율적으로 검색하기 위해 "위성 검색" 모드를 수행하고 화성 주변의 "마이크로 위성 검색"과 유사한 관측 훈련을 수행합니다.

과학적 이득은 유망하지만 이번 비행의 주요 목적은 여전히 ​​"화성의 힘을 빌리는 것"이라고 임무 팀은 강조했습니다. 프로젝트 수석 연구원인 린디 엘킨스-탠턴(Lindy Elkins-Tanton)이 말했듯이, 저공비행의 근본적인 이유는 "화성으로부터 약간의 도움을 받아 비행을 가속화하고 소행성 프시케 방향으로 궤도를 기울이기 위한 것"입니다. 이를 바탕으로 기기 테스트 및 교정을 성공적으로 완료할 수 있다면 금상첨화일 것입니다.

비행 동안 임무 통제 센터는 비행 효과를 정확하게 평가하기 위해 NASA의 심층 우주 네트워크(DSN)를 통해 "프시케"가 보낸 무선 신호를 면밀히 추적합니다. 감지기 속도의 미묘한 변화는 무선 신호의 도플러 주파수 편이에 반영됩니다. 이를 기반으로 엔지니어는 비행 후 새로운 궤도 매개변수를 신속하게 반전시키고 탐지기가 주 소행성대를 향해 정확하게 향하고 있는지 확인할 수 있습니다. 화성 궤도선 및 지상국과의 공동 관찰을 통해 팀은 행성 중력 보조 프로세스 중에 미래의 심우주 임무의 궤도 측정 및 탐색 전략을 더욱 최적화하기를 희망합니다.

현재 화성 근처에서 작동 중인 여러 우주선이 이 작업을 지원하기 위해 협력할 것입니다. 여기에는 NASA의 "화성 정찰 궤도선"(MRO), "화성 오디세이" 궤도선, 화성 표면에서 작동하는 두 대의 화성 탐사선 "Curiosity"와 "Perseverance"가 포함됩니다. 유럽우주국(ESA)의 '마스 익스프레스(Mars Express)'와 '엑소마스 추적가스 궤도선(ExoMars Trace Gas Orbiter)'도 관측과 측정에 참여할 예정이다. 과학자들은 "Lingshen"이 비행 중에 얻은 관측 데이터와 기존 화성 임무를 통해 수년 동안 축적된 데이터를 비교하여 "Lingshen" 과학 장비의 보정을 더욱 개선하고 화성에 가까운 미래 탐사선이 더 나은 통신 및 항법 솔루션을 설계하도록 도울 계획입니다.

임무 계획에 따르면 '프시케' 탐사선은 화성의 중력에 힘입어 계속해서 주 소행성대를 향해 돌진할 예정이다. 이 탐사선은 2029년 말까지 동명의 금속 소행성에 도착해 궤도에 진입해 이 희귀한 천체의 내부 구성과 진화 역사에 대한 장기적인 조사를 시작할 것으로 예상됩니다. 금속을 주요 연구 대상으로 하는 최초의 소행성 탐사 임무인 '프시케'는 행성의 핵과 유사한 고대 잔해를 밝혀 인류가 지구형 행성의 형성 과정과 초기 태양계의 진화를 이해할 수 있는 전례 없는 창구를 제공할 것으로 기대된다.