화성 탐사 계획

Mars Exploration Program
의 시리즈의 일부
미국 우주 계획
NASA logo.svgUnited States Space Force logo.svg
인간 우주 비행 프로그램
로봇 우주 비행 프로그램
NASA 우주 비행단
우주 포트
이스턴 산맥
우주발사체
국가 안보 공간
시민 공간
상업 우주 산업

화성탐사계획(MEP)은 NASA가 자금을 지원하고 주도하는 화성탐사를 위한 장기간의 노력이다.1993년에 설립된 MEP는 궤도 우주선, 착륙선, 화성 탐사로봇을 이용하여 화성의 [1]기후와 천연자원뿐만 아니라 생명체의 가능성을 탐구해 왔다.이 프로그램은 NASA의 과학임무총국(Science Directorate)이 행성과학부의 [2]더그 맥큐스티온(Doug McCuistion)이 관리하고 있습니다.NASA의 2013 회계연도 예산에 대한 40% 삭감의 결과로, MEP의 재구성을 지원하기 위해 Mars Program Planning Group(MPPG)이 구성되었으며, NASA의 기술, 과학, 인간 운영 및 과학 [3][4]미션의 리더들이 한자리에 모였습니다.

거버넌스

1999년 10월에 처음 소집된 화성 탐사 프로그램 분석 그룹(MEPAG)은 과학계가 화성 탐사 프로그램의 계획과 우선순위 부여에 대한 의견을 제공할 수 있도록 합니다.대부분의 NASA 임무가 그렇듯이 화성 탐사 임무도 꽤 많은 비용이 들 수 있다.예를 들어, NASA의 큐리오시티 탐사선(2012년 8월 화성에 착륙)의 예산은 25억 [5]달러가 넘는다.NASA는 또한 화성 토양 샘플을 지구로 돌려보내는 임무를 수행하기 위해 유럽우주국(ESA)과 협력하는 것을 목표로 하고 있는데, 이 임무를 [6]완수하는 데는 최소 50억 달러가 소요되고 10년이 걸릴 것으로 보인다.

목적

화성탐사로버(왼쪽)와 화성과학연구소(오른쪽) 등 화성탐사계획 미션에서 우주생물학, 기후학, 지질학 등이 공통적인 주제였다.

NASA에 따르면, MEP에는 4개의 큰 목표가 있으며,[7] 모두 화성 생명체의 가능성을 이해하는 것과 관련이 있다.

  • 화성에 생명체가 존재했는지를 판단하라 – 화성의 거주 가능성 가능성을 이해하기 위해서는 화성에 생명체가 존재했는지를 판단해야 한다. 화성에 생명체가 존재했는지는 행성의 생명체에 대한 적합성을 평가하는 것으로부터 시작된다."물을 따르라"라는 별명으로 불리는 MEP에 관한 주요 전략은 물이 존재하는 곳에 생명체가 있다는 일반적인 생각이다.만약 화성에서 생명체가 발생한다면, 상당 시간 동안 존재했던 물의 공급이 필요할 것이다.그러므로, MEP의 중요한 목표는 물이 존재하거나, 과거 또는 있을 수 있는 장소, 예를 들어 말라버린 강바닥, 행성 표면 아래, 그리고 화성의 극지방 만년설을 찾는 것이다.물 외에도 생명체는 살아남기 위해 에너지원을 필요로 한다.초산화물이 풍부하기 때문에 화성 표면에 생명체가 존재할 가능성은 매우 희박하며, 이는 근본적으로 생명체의 가능한 에너지원으로서 태양빛을 배제합니다.그러므로 지열이나 화학 에너지와 같은 대체 에너지원을 찾아야 한다.둘 다 지구상의 생명체에 의해 사용되는 이러한 원천들은 화성 표면 아래에 살고 있는 미세한 생명체에 의해 사용될 수 있다.화성의 생명체는 과거와 현재 생명체의 특징이나 생명체의 특징을 찾아내는 것으로도 검색할 수 있다.상대적인 탄소의 풍부함, 그리고 탄소가 발견될 수 있는 위치와 형태는 생명체가 어디에서 어떻게 발달했는지 알려줄 수 있다.또한, 화성의 대기가 대부분 이산화탄소로 이루어져 있다는 사실과 함께 탄산염 광물의 존재는 과학자들에게 물이 생명체의 [8]발달을 촉진하기에 충분히 오래 존재했을 수도 있다는 것을 알려줄 것이다.
  • 화성의 기후 특성화 – MEP의 또 다른 목표는 화성의 현재와 과거의 기후뿐만 아니라 화성의 기후 변화에 영향을 미치는 요인도 특성화하는 것입니다.현재 알려진 것은 기후가 화성의 만년설의 계절적 변화, 대기에 의한 먼지의 움직임, 표면과 대기 사이의 수증기의 교환에 의해 조절된다는 것이다.이러한 기후 현상을 이해하는 것은 과학자들이 화성의 과거 기후를 보다 효과적으로 모형화할 수 있도록 돕는다는 것을 의미하며, 이것은 [9]화성의 역동성에 대한 더 높은 수준의 이해를 가져온다.
  • 화성의 지질학적 특징 – 화성의 지질은 무엇보다도 매우 큰 화산과 지각 이동 부족으로 인해 지구와 구별됩니다.MEP의 목표는 바람, 물, 화산, 지각학, 분화구 그리고 다른 과정들이 화성의 표면을 형성하는 방식과 함께 이러한 차이를 이해하는 것이다.바위는 과학자들이 화성 역사에서 일어난 일련의 사건들을 묘사하는데 도움을 줄 수 있고, 물 속에서만 형성되는 광물을 확인함으로써 화성에 물이 풍부했는지, 그리고 화성에 한때 자기장이 있었는지 알 수 있다.[10]
  • 인간 화성 탐사에 대비하라 – 인간의 화성 임무는 거대한 공학적인 도전이다.화성 표면에는 초산화물이 함유되어 있고 자기권과 태양으로부터의 방사선으로부터 보호할 오존층이 없기 때문에, 과학자들은 인간을 [11]화성에 보내려는 목표를 위해 어떠한 행동도 취하기 전에 가능한 한 화성의 역학을 완전히 이해해야 할 것이다.

과제들

화성의 얇은 대기는 우주선의 진입, 하강, 착륙 작업을 더 어렵게 만든다.

화성 탐사 임무들은 역사적으로 NASA 임무 [12]중 가장 높은 실패율을 보였는데, 이것은 이러한 임무의 엄청난 기술적 도전과 약간의 [ambiguous][13]불운으로 인한 것일 수 있다.화성 표면에 우주선의 진입, 하강, 착륙을 포함하는 MEP의 많은 목표와 함께, 화성의 대기, 울퉁불퉁한 지표 지형, 그리고 화성 같은 실험 환경을 복제하는데 드는 높은 비용과 같은 요소들이 [14]작용한다.

지구에 비해 화성의 대기는 약 100배 얇다.그 결과 착륙선이 화성 대기권으로 내려온다면 훨씬 낮은 고도에서 감속할 것이고, 그 물체의 질량에 따라서는 종말 속도에 도달할 충분한 시간이 없을 수도 있다.초음속 또는 아음속 감속기를 전개하기 위해서는 속도가 임계값 미만이어야 하며 그렇지 않으면 효과가 없습니다.따라서 착륙선이 [14]착륙 전에 다른 필요한 착륙 과정을 수행할 수 있을 만큼 충분히 감속할 수 있도록 기술을 개발해야 한다.화성의 대기는 화성의 1년에 걸쳐 크게 변화하는데, 이것은 엔지니어들이 모든 임무에서 공통되는 EDL 시스템을 개발할 수 없게 한다.자주 발생하는 먼지 폭풍은 낮은 대기 온도를 증가시키고 대기 밀도를 감소시킨다. 이는 화성 표면의 극단적으로 변화하는 표고와 결합되어 충분한 우주선 [14]감속을 허용하기 위해 착륙 지점을 보수적으로 선택해야 한다.Mars EDL 시퀀스는 약 5~8분밖에 지속되지 않기 때문에 관련 시스템은 의심의 여지 없이 신뢰할 수 있어야 합니다.이상적으로는 지구 기반 테스트에서 EDL 시스템의 다양한 구성 요소에 대한 대규모 테스트를 수행하여 얻은 데이터에 의해 검증된다.그러나 이 데이터가 화성 환경 측면에서 관련이 있는 환경을 재현하는 데 드는 비용은 상당히 높으며, 그 결과 테스트는 순전히 지상 기반이거나 [14]과거 임무에서 파생된 기술과 관련된 테스트 결과를 시뮬레이션하게 된다.

종종 울퉁불퉁하고 바위가 많은 화성의 지형은 화성의 표면에 착륙하고 횡단하는 것을 중대한 도전으로 만든다.

화성의 표면은 바위, 산악 지형, 분화구를 포함하고 있어 매우 울퉁불퉁하다.착륙선의 경우, 이상적인 착륙 구역은 평평하고 잔해가 없는 곳일 것이다.이 지형은 화성에서는 거의 찾을 수 없기 때문에 착륙 기구는 매우 안정적이고 착륙 시 전복과 불안정성을 예방할 수 있는 충분한 지상 공간을 가져야 한다.또한 이러한 착륙선의 감속 시스템에는 지면을 가리키는 추력기가 포함되어야 한다.이러한 스러스터는 극히 짧은 시간 동안만 작동하도록 설계되어야 합니다. 만약 그들이 활동적이고 몇 밀리초 이상 바위 땅을 가리키면, 그들은 참호를 파기 시작하고 작은 바위를 랜딩 기어로 발사하여 불안정한 역압을 [14]랜더에 가하기 시작합니다.

적절한 착륙 지점을 찾는다는 것은 궤도에서 암석의 크기를 추정할 수 있다는 것을 의미한다.궤도에서 직경 0.5m 이하의 암석 크기를 정확하게 측정하는 기술은 아직 개발되지 않았기 때문에 현재 화성 궤도를 돌고 있는 인공위성이 측정한 착륙 지점의 열반응을 바탕으로 암석 크기 분포를 열관성과의 관계에서 추정할 수 있다.화성 정찰 위성은 또한 카메라가 [14]직경 0.5미터 이상의 암석을 볼 수 있다는 점에서 이러한 원인에 도움을 준다.경사면에서 착륙선이 전복될 가능성뿐만 아니라 언덕, 메사스, 크레이터 및 참호와 같은 큰 지형적 특징도 지반 센서와의 간섭 문제를 야기합니다.레이더와 도플러 레이더는 하강 중 고도를 잘못 측정할 수 있고 착륙선의 착륙 지점을 목표로 하는 알고리즘은 착륙선이 [14]하강 중 메사스나 참호 위를 통과할 경우 너무 일찍 또는 늦게 착륙선을 방출하도록 "속여"될 수 있다.

역사

배경

1993년 화성 관측자의 손실은 결속력 있는 화성 탐사 프로그램의 형성을 촉진했다.

고대에는 바빌로니아인, 이집트인, 그리스인, 그리고 다른 사람들에 의해 관찰되었지만, 17세기에 망원경이 발명되고 나서야 화성이 깊이 [15]연구되었다."마스니크 1호"라는 별명을 가진 화성 표면에 탐사선을 보내려는 첫 시도는 1960년 소련에 의해 이루어졌다.탐사선은 지구 궤도에 도달하는 데 실패했고, 그 임무는 결국 실패했다.화성 탐사를 위한 임무에서 임무 목표를 완수하지 못하는 것은 흔한 일이었습니다; 화성으로 향하는 모든 우주선의 약 3분의 2는 어떠한 관찰도 [12]시작하기 전에 실패하였습니다.화성 탐사 프로그램 자체는 1975년 바이킹 1호와 바이킹 2호 프로젝트 이후 나사의 첫 화성 임무였던 1992년 [1]9월 화성 관측자 실패 이후 공식적으로 결성되었다.수정된 지구 궤도 상업 통신 위성 (즉, SES의 Astra 1A 위성)에 기반을 둔 이 우주선은 궤도에서 화성의 지질, 지구 물리학, 그리고 기후를 연구하기 위해 고안된 기구들을 탑재했다.이 임무는 우주선이 [16]궤도에 진입하기 3일 전에 통신이 두절된 1993년 8월에 끝났다.

2000년대

2000년대에 NASA는 화성탐사프로그램의 일환으로 화성 스카우트 프로그램을 설립하여 4억8500만 달러의 예산 상한선을 두고 과학계의 혁신적인 제안에서 경쟁적으로 선정된 일련의 작고 저렴한 로봇 미션을 화성에 보냈다.이 프로그램의 첫 번째 로봇 우주선은 2001년 화성 탐사선을 위해 원래 제작된 착륙선을 이용한 피닉스였다.피닉스는 25개의 [17]제안서 중 최종 후보 4개 중 1개였다.최종 후보 4대는 피닉스, MARVEL, SCIM (화성 조사를 위한 샘플 컬렉션), 그리고 ARS (항공 지역 규모 환경 조사) 화성 [17]비행기였다.SCIM은 프리 리턴 궤도 및 에어로겔을 사용하여 화성 먼지를 포착하여 지구로[17] 반송하는 샘플 귀환 임무였다(스타더스트 임무 참조).MARVEL은 화성 [17]대기의 다양한 구성 요소를 분석할 뿐만 아니라 화산 활동을 탐색하는 궤도 탐사선이었다.그 이름은 Mars Bolcanic Emission and Life Scout의 약자로,[17] 만약 그것이 존재한다면 생명체의 가스를 감지하기 위한 것이었다.ARES는 화성이 낮은 대기와 [17]표면을 연구하기 위한 항공기 개념이었다.2008년 9월 15일, NASA는 두 번째 [18][19][20]임무로 MAVEN을 선정했다고 발표했다.이 임무의 예산은 4억 7500만 [21]달러 이하입니다.단 두 개의 선택 후에, NASA 과학 이사회는 2010년에 화성 스카우트를 디스커버리 프로그램에 포함시킬 것이라고 발표했다. 디스커버리 프로그램은 화성 임무가 [22]제안될 수 있도록 범위를 재조정했다.화성 지진학 및 지질학 미션인 InSight가 최종적으로는 디스커버리 프로그램의 12번째 미션으로 선택되었다.

2010년대

2013 회계연도에 NASA의 행성 과학 부문에 3억 달러의 예산이 대폭 삭감되어 ESA의 ExoMars 프로그램 참여는 물론 화성 탐사 프로그램 전반에 [33][34][35]대한 재평가가 취소되었습니다.2012년 2월, Mars Program Planning Group(MPPG)은 2018년 또는 2020년 발사 [36][35]윈도우의 후보 임무 개념을 논의하기 위해 워싱턴 D.C.에서 Mars Next [36][37][38]Generation으로 알려진 이니셔티브로 소집되었다.그 MPPG의 목적은 화성의 로봇 탐사용으로 분석한 결과 화성의 궤도 2030s,[35]아직 2011년 NRCDecadal 조사 행성 과학의 주요 과학적 목적에 즉각 대응이 될 10년 동안 인간을 보낸 버락 오바마 행정부의 도전을 일관된program-level 구조를 위한 토대를 개발하는 것이었다.[39]MPPG는 NASA 공무원과 청부업자 직원 모두의 비합의적인 개별 의견을 사용했으며, 이에 따른 결정은 NASA의 배타적 책임이었다.

MPPG의 즉각적인 초점은 2018년과 2020년 화성 발사 윈도우에 [35]대한 여러 미션 컨셉 옵션을 수집하는 것이었다.발사체를 포함해 7억 달러의 예산 봉투에서 이번 임무는 [37][40]궤도선에 국한될 것으로 추정됐다.단기적인 아이디어는 2018-2024년 기간 동안 초기 미션 계획을 위해 고려되었으며, 중장기적인 아이디어는 [41]2026년 이후의 프로그램 수준 아키텍처 계획에 대한 정보를 제공했습니다.이러한 임무를 위해 탐색된 전략에는 2020년대 후반 또는 2030년대 초에 토양 표본을 화성 궤도에 배치하는 샘플 귀환 임무, 현장 토양 분석, 샘플 귀환 임무 및/또는 승무원 [35]임무에 앞서 화성 표면 및 심층 내부 연구가 포함되었다.7억 달러에서 8억 달러의 예산 요건에 부합하는 개념 임무에는 노후된 위성의 통신 서비스를 대체하기 위한 Next Mars Orbiter(NeMO)와 추후 [35]지구 귀환에 적합한 샘플을 조사하고 선정하기 위한 정지 착륙선이 포함되었다.MPPG의 조사 결과에 앞서, 하원 세출 위원회의 상업 정의 과학 소위원회는 2012년 4월에 샘플 반환 임무가 [33]의무화된다는 경고와 함께 행성 과학 예산에 미화 1억 5천만 달러를 복권하는 예산을 승인했다.MPPG의 최종 보고서는 2012년 8월에 초안되어 [42][43][44]9월에 출판되었다.궁극적으로 샘플 반환 임무를 승인한 이 권고안은 NASA의 2014 회계연도 예산 프로세스에 [45]영향을 미쳤습니다.

미션

목록.

미션 패치 차량 시작하다 궤도 삽입/착륙 날짜 발사체[a] 상황 지속
Mars 글로벌 서베이어
Mars Global Surveyor - patch transparent.png
 Mars 글로벌 서베이어 1996년 11월 7일 17:00 UTC 1997년 9월 11일 01:17 UTC 델타 II 7925 완료된 3,647일
화성 탐사선 '98
M98patch.png
 화성 기후 궤도선 1998년 12월 11일 18:45 UTC 1999년 9월 23일 09:00 UTC(실패) 델타 II 7425 실패. 286일
화성 극지 착륙선 1999년 1월 3일 20:21 UTC 1999년 12월 3일 20:15 UTC (실패) 델타 II 7425 실패. 334일
2001년 마스 오디세이
2001 Mars Odyssey - mars-odyssey-logo-sm.png
 마스 오디세이 2001년 4월 7일 15:02 UTC 2001년 10월 24일 12:21 UTC 델타 II 7925-9.5 동작중 7,788일
화성 탐사 로봇
정신 2003년 6월 10일 17:58 UTC 2004년 1월 4일 04:35 UTC 델타 II 7925-9.5 완료된 2,695일
기회. 2003년 7월 7일 03:18 UTC 2004년 1월 25일 05:05 UTC 델타 II 7925H-9.5 완료된 5,498일
화성 정찰 궤도선
Mars Reconnaissance Orbiter insignia.png
 화성 정찰 궤도선 2005년 8월 12일 11:43 UTC 2006년 3월 10일 21:24 UTC Atlas V 401 (AV-007) 동작중 6,180일
피닉스[b]
Phoenix mission logo.png
 피닉스 2007년 8월 4일 09:26 UTC 2008년 5월 25일 23:53 UTC 델타 II 7925 완료된 457일
화성과학연구소
Mars Science Laboratory mission logo.png
 궁금 2011년 11월 26일 15:02 UTC 2012년 8월 6일 05:17 UTC Atlas V 541 (AV-028) 동작중 3,537일
메이브[b]
MAVEN Mission Logo.png
 메이브 2013년 11월 18일 18:28 UTC 2014년 9월 22일 02:24 UTC Atlas V 401 (AV-038) 동작중 3,180일
인사이트
InSight Mission Logo.svg
 인사이트 2018년 5월 5일 11:05 UTC 2018년 11월 26일 19:52 UTC 아틀라스 V 401 동작중 1,346일
화성 2020
Mars 2020 NASA insignia.svg

Mars 2020 JPL second insignia.svg

Mars Helicopter JPL insignia.svg
 끈기 2020년 7월 30일 11:50 UTC 2021년 2월 18일 20:55 UTC Atlas V 541 (AV-088) 동작중 531일
독창성 동작중 486
화성 탐사용 얼음 지도 화성 탐사용 얼음 지도 2026 2027 미정 제안. 없음

타임라인

Mars 2020InSightMAVENMars Science LaboratoryPhoenix (spacecraft)Mars Reconnaissance OrbiterMars Exploration Rover2001 Mars OdysseyMars Surveyor '98Mars Global Surveyor

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

메모들

  1. ^ 일련번호는 괄호 안에 표시됩니다.
  2. ^ a b 화성 정찰 프로그램의 일환으로 수행된 임무입니다.

인용문

  1. ^ a b Shirley, Donna. "Mars Exploration Program Strategy: 1995–2020" (PDF). American Institute of Aeronautics and Astronautics. Archived from the original (PDF) on May 11, 2013. Retrieved October 18, 2012.
  2. ^ McCuistion, Doug. "Doug McCuistion,Director, NASA Mars Exploration Program". NASA. Archived from the original on October 19, 2015. Retrieved October 18, 2012.
  3. ^ Hubbard, G. Scott (August 28, 2012). "A Next Decade Mars Program". The Huffington Post. Retrieved October 18, 2012.
  4. ^ Garvin, James. "About the Mars Program Planning Group". NASA. Retrieved October 18, 2012.
  5. ^ Leone, Dan. "Mars Science Lab Needs $44M More To Fly, NASA Audit Finds". Space News. Archived from the original on May 26, 2012. Retrieved October 24, 2012.
  6. ^ de Selding, Peter. "Study: Mars Sample Return Would Take 10 Years, Cost $5 Billion-Plus". Space News. Retrieved October 24, 2012.[데드링크]
  7. ^ "The Mars Exploration Program's Science Theme". Mars Exploration Program. NASA. Archived from the original on August 6, 2011. Retrieved October 18, 2012.
  8. ^ "Goal 1: Determine if Life Ever Arose On Mars". Mars Exploration Program. NASA. Retrieved October 18, 2012.
  9. ^ "Goal 2: Characterize the Climate of Mars". Mars Exploration Program. NASA. Retrieved October 18, 2012.
  10. ^ "Goal 3: Characterize the Geology of Mars". Mars Exploration Program. NASA. Retrieved October 18, 2012.
  11. ^ "Goal 4: Prepare for the Human Exploration of Mars". Mars Exploration program. NASA. Retrieved October 18, 2012.
  12. ^ a b "A Chronology of Mars Exploration". NASA History Program Office. Retrieved October 18, 2012.
  13. ^ O'Neill, Ian (March 22, 2008). "The Mars Curse". Universe Today. Retrieved October 18, 2012.
  14. ^ a b c d e f g Braun, Robert (2007). "Mars Exploration Entry, Descent and Landing Challenges" (PDF). Journal of Spacecraft and Rockets. 44 (2): 310–323. Bibcode:2007JSpRo..44..310B. CiteSeerX 10.1.1.463.8773. doi:10.2514/1.25116. Archived from the original (PDF) on May 26, 2010. Retrieved October 18, 2012.
  15. ^ "Mars Exploration History". Mars Exploration Program. NASA. Retrieved October 18, 2012.
  16. ^ "Mars Observer". Mars Exploration Program. NASA. Retrieved October 18, 2012.
  17. ^ a b c d e f