1991년 미국항공우주국 NASA는 소행성 가스프라에 탐사선을 보냈다. 갈릴레오라 명명된 이 탐사선은 최초의 소행성 탐사선으로 가스프라의 표면 등을 측정하였다. 그 이후 NASA를 비롯하여 유럽우주기구(ESA), 일본항공우주기구(JAXA) 등은 계속해서 소행성 탐사를 진행하고 있다. 이렇게 소행성 탐사를 위해 노력하는 이유는 태양계의 기원을 찾고, 생명의 흔적을 찾기 위해서이다.

2003년 5월에 일본에서는 지구접근천체인 소행성 이토카와를 탐사할 목적으로 제20호 과학위성을 발사하였다. 매라는 뜻의 하야부사라는 이름으로 더 유명해진 이 탐사선은 이토카와에 착륙하여 샘플을 채취 한 후 지구 근처까지와서 샘플을 지구로 투하 한 다음 다시 다른 소행성을 찾아 탐사를 떠날 계획이었으나 2003년 11월 4일에 발생한 X28+ 급 태양 플레어에 의해 태양전지판에 큰 손상을 입었고 이로 인해 발전량이 감소하고 이온 엔진의 출력이 저하되었다. 또한 전체 4개의엔진 중 하나가 고장이 나서 이토카와까지 엔진 세개로 운행을 해야만 했고, 세개의 자세제어장치 중 두개가 망가져 비행을 위한 자세를 잡는 것도 어려운 상태였다. 탐사선에 큰 손상을 입었고 여러차례 통신 두절도 겪었지만 연료 분사등을 통해 자세를 잡아 가며 2년간 태양을 두 바퀴 돌아 2005년 6월에 소행성 이토카와에 도착하였다. 이토카와에 도착한 하야부사는 11월 20일 첫 시도에서 소행성 샘플을 채집하는데 실패한 하야부사는 두번째 시도에서 소형 랜더인 미네르바를 이토카와로 보냈으나, 오작동하여 미네르바를 잃어버리게 되었다. 시료 채취를 위한 최후의 방법으로 하야부사가 이토카와에 착륙하고 이때 발생한 표면의 샘플을 수집한 것으로 가정하고 이토카와에서 이륙하여 지구로 귀환을 시작하였다. 그러나 태양 플레어에 의한 손상에 착륙 과정에서 추가로 이온 엔진등의 손상이 발생하였고, 자세제어용 화학엔진에서 연료가 새는 사고까지 발생하였다. 이로 인해 하야부사는 자세 제어에 실패 하였고, 중심을 잃고 빙글 빙글 돌면서 궤도를 이탈하였으며 통신마저 두절 되었다. 모두가 우주의 미아가 되었다고 생각했지만 JAXA는 포기 하지 않고 계속 전파를 발사해 통신을 시도하였고, 약 50일만에 교신에 성공해서 하야부사의 궤도를 바로 잡을 수 있었다. 고장 난 4개의 이온 엔진 중 하나 또는 두개를 겨우겨우 살려가며, 그마저도 안 될때는 예비 엔진 2기를 연결해 1기의 역활을 하게 만드는 등 수많은 노력과 계속된 궤도 수정을 통하여 하야부사는 결국 지구로 귀환 하였다. 2010년 6월 13일, 당초 예정보다 3년이나 늦었고, 항행 거리도 두배이상 늘어 났지만 하야부사는 소행성 이토카와의 토양 샘플을 담은 캡슐을 분리 시켜 호주 우메라 사막으로 보내고, 본체는 대기권에 진입하며 불타버렸다. 일본과 세계 여려 나라의 연구진들은 하야부사가 지구로 가지고 온 이토카와의 샘플을 분석하여 45억년 전 태양계 탄생 당시의 생성 과정을 이해하고자 노력하고 있다.

하야부사는 출력이 낮은 하지만 수명이 긴 이온 엔진으로 우주를 장시간 탐사 하는 것이 가능하다는 것을 증명하였고, 사상 최초로 소행성의 시료를 지구로 운반하는데 성공한 것이다. 또한 7년 동안 60억km를 비행하였고, 우주미아 상태에 빠졌던 탐사선을 기적적으로 귀환시켜 우주탐사에는 실패에 굴하지 않는 인내가 반드시 필요하다는 것을 보여 주었다.

NASA 에서 2007년에 발사한 무인 소행성 탐사선 던(Dawn)은 NASA 탐사선 중 최초로 이온엔진을 사용하여 궤도에 진입하는 임무를 수행하였다. 탐사 목표는 소행성대에 있는 가장 큰 천체이며 차갑게 얼어붙은 습한 왜소행성인 세레스와 소행성대에 있는 두번째로 큰 천체이며 건조한 암석 덩어리 소행성인 베스타였다. 그동안의 관측을 통해 세레스는 물이 풍부한 탄소질의 운석과 비슷할 것으로 생각되며, 베스타는 물이 거의 없는 현무암 또는 화성암으로 만들어진 석질 운석과 비슷한 조성을 가진 것으로 추정되었다. 2007년에 발사 된 던은 2009년에 화성 근처를 통과하며 화성의 중력을 이용하여 소행성 베스타의 궤도에 진입하였다. 2011년 7월에 베스타에 도착한 던은 여러차례 궤도를 변경해 가며 베스타 탐사를 수행하였다. 2012년 9월 베스타 탐사를 마친 던은 왜소행성 세레스를 향해 비행하였고, 약 4년뒤인 2015년 3월에 세레스 궤도에 진입하였다. 2016년 6월까지 목표로 했던 세레스의 탐사를 모두 수행하였고 이후 계속하여 세레스의 탐사를 수행하여 세레스 얼음 화산을 발견하고, 내부의 짝 액체가 외부로 분출되어 생성된 소금 집적지로 추정되는 곳을 포착하기도 하였다. 2018년 10월까지 탐사를 수행한 던은 모든 연료를 소진하였고 더이상 지구와 교신을 할 수 없게 되었다. 던은 지구와 교신은 끊어 졌지만, NASA는 세레스에 생명체가 존재할 수도 있고, 또 현재 형성하고 있는 세레스와의 궤도가 안정적인 상태이기 때문에 세레스에 추락 시키지 않고 계속해서 세레스 궤도를 돌게 할 것이라고 밝혔다.

던에 이어 NASA는 소행성 베누(Bennu)에 오시리스-렉스(OSRIS-Rex)를 보내 탐사를 진행하고 있으며 소행성의 샘플을 채취해 지구로 귀환을 시킬 예정이다. 또한 2021년에는 루시(Lucy : 인류의 시초인 호스트랄로피테쿠스 아파렌시스의 첫 화석의 명칭)를 발사하여 6개의 트로이 소행성군의 소행성과 1개의 소행성대 소행성을 동시에 탐사할 계획도 추진중이다.

김일훈 경희대학교 우주과학 박사

- 다파장 편광관측을 통한 달표토 특성연구

- 연구탐사 및 관측기기 개발

- 현 에스엘랩 부설연구소 연구소장

스페이스타임즈 김일훈 기자 ilhoon.kim@sllab.co.kr 김일훈 기자의 기사 더보기

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