한국항공우주연구원

미항공우주국은(NASA) 2016년에 화성 착륙선인 InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport)을 발사할 예정이다. InSight 착륙선은 화성의 내부 구조를 이해하기 위해 시도된다.

위 화성 탐사 임무의 특이한 점은 InSight와 동시에 두 개의 큐브 위성을 화성 천이 궤도상에 올린다는 점이다. 두 개의 큐브위성은 미항공우주국 제트추진연구소(Jet Propulsion Lab.)에서 주관하여 개발되고 있으며 MarCO(Mars Cuve One)라고 명명되었다. MarCo 큐브위성은 심우주를 탐사하는 첫 번째 큐브 위성이 될 것으로 예상하고 있다.

일반적으로, 큐브 위성은 규격화된 모듈을 이용하여 만들어진 작은 위성으로, 많은 대학교에서 연구가 진행되고 있으며, 지금까지 수십 기의 큐브 위성은 발사후 지구 궤도상에 투입되어 운영되어 왔다. 큐브 위성의 1유닛은 10cm 크기의 정육각형 형태이며, 여러 유닛을 결합하여 보다 큰 큐브 위성 형태로 운영할 수 있다. 이번 화성 탐사에 사용되는 MarCo는 6-unit으로 서류가방 정도의 크기를 가지고 있으며, 태양전지판이 접혀진 상태로 36.6-24.3–11.8cm (가로-세로-두께)의 크기이다.

MarCO 큐브위성은 Atlas-V 로켓에 탑재되어 발사될 예정으로, 분리 후, 자체적인 항행 경로를 따라 화성으로 여행하며, 자체적으로 항행경로를 수정하며 화성까지 접근할 예정이다. MarCo 큐브위성에는 각각 고이득 안테나와 X-band 안테나와 두 개의 태양 전지판을 가지고 있다. MarCO 큐브 위성은 2016년 9월 InSight 착륙선이 착륙을 시도하는 동안 화성을 근접비행하며, 화성 근접비행을 수행하는 동안 통신 중계 기술을 시험할 예정이다. 위 기술이 성공하게 되면, 화성 착륙선의 상태 정보를 빠르게 지구로 전송할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

일반적으로 화성 착륙선은 화성 대기를 통과하는 과정에서 예측 불가능한 교란력의 영향으로 예상된 착륙 궤적을 벗어나는 경우가 많다. InSight 착륙선은 2016년 9월에 화성 대기에 진입하여 낙하산을 이용한 속도 감소 단계, 추력기를 이용한 하강단계, 착륙 단계등 정확한 착륙을 위해 매우 critical한 단계를 진행하게 된다. InSight 착륙선은 착륙 과정이 진행되는 동안, 화성 주위를 공전하고 있는 Mars Reconnaissance Orbiter(MRO)에 UHF 주파수를 이용하여 착륙선의 정보를 전송할 예정이다. MRO는 InSight 착륙선의 정보를 X-band 주파수를 이용하여 지구로 전송할 예정이다.

하지만, 하나의 주파수로 전송하면서 동시에 다른 주파수로 정보를 전달받는 것은 MRO 위성에서는 불가능하도록 설계가 되어 있다. 이에, MRO는 착륙선으로부터 착륙 관련 정보를 전달받고, 이를 지구로 전송한 다음, 지구로부터 착륙에 대한 확인을 거쳐 전달된 명령이 다시 착륙선에 전송하도록 되어 있다. 따라서, 최종 착륙 위치의 확인까지 오랜시간이 소요될 것으로 예상하고 있다.
하지만, MarCO 큐브위성은 UHF(수신용)와 X-band(송수신용) 주파수를 이용하여 UHF 주파수로 받은 정보를 즉시 전송이 가능하도록 설계되었다. 따라서 InSight 착륙과정에서의 정보를 수신과 동시에 직접 지구에 송신하고, 전달 받은 명령을 착륙선에 곧 바로 전송하는 통신 중계 시험이 수행할 예정이다.

MarCO 임무 관계자는 이번 MarCO를 통하여 큐브 위성 기술이 행성 간 탐사 임무에 통신 중계기로 적용가능하다고 입증되고, 큐브 위성의 짧은 개발 기간이 가시화 된다면, 향후 태양계를 탐사하는 많은 임무에 통신 중계기를 동시에 가져가는 옵션이 적용될 수 있을 것으로 전망하였다.

※  이 글은 아래 링크의 기사를 참조하여 작성하였습니다.
     http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4622