마스 96

화성 96(마스-8이라고도 불리기도 한다)은 러시아 우주군이 화성을 조사하기 위해 1996년 발사한 실패한 화성 임무로, 같은 이름의 소련 화성 탐사 프로그램과는 직접적인 관련이 없다. 2차 4단계 화상의 실패 후 탐사선 조립체는 지구 대기권에 재진입해 태평양, 칠레, 볼리비아의 320km(200mi)가 넘는 구간에서 해체됐다.^[1] 화성 96호 우주선은 1988년 화성에 발사된 포보스 탐사선을 기반으로 했다. 그들은 그 당시에 새로운 디자인이었고 둘 다 결국 실패했다. 화성 96호의 경우 설계자들은 포보스 탐사선의 결함을 수정했다고 믿었지만 발사 단계에서 탐사선이 파괴되어 그 개선의 가치는 결코 입증되지 않았다.

역사

1990년대 소련/러시아의 유일한 달 탐사선인 화성 96은 화성 대기권, 지표면, 내부 진화를 조사하려는 야심 찬 임무였다. 당초 화성 94호와 화성 96호 두 우주선으로 계획됐던 임무는 지연돼 화성 96호와 화성 98호가 됐다. 그 후, 화성 98은 소련 붕괴 이후 지구 궤도를 넘어선 최초의 러시아 심해 우주 임무로 화성 96을 떠나면서 취소되었다. 우주선 전체는 궤도선, 2개의 작은 자율정거장, 2개의 독립투과기로 구성되었다.^[2]

그러나 그것은 매우 야심찬 임무였고 그 당시까지 발사된 행성간 탐사선 중 가장 무거운 것이었다. 그 임무에는 인도, 프랑스, 독일, 다른 유럽 국가들과 미국이 제공하는 많은 기구들이 포함되어 있었다. 2003년 발사된 화성 익스프레스에서도 비슷한 기구가 날아왔다. 프로젝트 과학자는 알렉산더 자카로프였다.

과학적 목표

Mars 96은 화성에 대한 우리의 이해와 관련된 몇 가지 문제를 해결하기 위한 것이었다. 이 임무의 과학적 목표는 이 행성의 표면, 대기, 내부 구조에 대한 진화 역사를 분석하는 것이었다. 순항 중 천체물리학 연구와 같은 다른 연구들이 만들어질 예정이었다. 그것들은 몇 가지 범주로 나눌 수 있다.

화성 표면

화성 표면에 대한 연구는 지구 지형 조사, 광물학 지도 작성, 토양 구성, 극저온석과 그 깊은 구조에 대한 연구를 포함하는 것이었다.

대기

대기에 대한 연구는 기후, 특정 원소, 이온의 풍부함, 물, 이산화탄소, 오존 등과 같은 화학 물질, 일반적인 지구 모니터링, 시간에 따른 압력 변화, 에어로졸의 특성화에 대한 연구를 포함시켰다.

내부 구조

행성 구조에 대한 연구는 지각의 두께를 찾고, 화성 자기장을 연구하고, 열유량을 연구하고, 활화산의 가능성을 찾고, 지진 활동을 연구하는 것이었다.

플라즈마 연구

플라즈마 연구는 자기장의 강도와 방향, 화성 근처와 행성간 순항 중 플라즈마의 이온과 에너지 구성 연구, 그리고 자기권과 그 경계 연구였다.

천체물리학 연구

천체물리학 연구는 행성간 순항 중에 이루어질 예정이었다. 그들은 우주 감마선 폭발에 대한 연구와 태양과 다른 별들의 진동 연구를 포함했다.

디자인

오비터

화성 96궤도는 포보스 궤도선 설계에 기초한 3축의 태양/별 안정 우주선이었다. 그것은 전개 가능한 고중간 이득 더듬이를 가지고 있었다. 우주선 양쪽에 커다란 태양 전지판 두 개가 부착되어 있었다. 화성 궤도 삽입 후 언젠가 분리될 분사형 추진장치도 갖고 있었다. 우주선 위에는 두 개의 지표면이 부착되어 있었다. 두 개의 관통기가 추진 장치에 부착되어 있었다. 그것은 또한 중앙 인터페이스, 마이크로프로세서, 메모리 시스템인 MORION 시스템을 가지고 있었다. 이 궤도선은 연료와 함께 총 중량이 6180kg이었다. 그것은 3159 kg의 건조한 질량을 가지고 있었다.

표면 측점

각 지상국은 약 1미터 높이와 약 1미터 직경의 에어로셸에 담겨 있었다. 각 스테이션에는 스테이션 작동을 제어하는 SDPI(Station Data Processing Unit), 데이터 전송을 위한 송신기와 수신기가 있는 통신 장치, 배터리, 배터리 제어용 전자장치 등 2개의 무선 이소토프 열전 발전기(RTG)로 구성된 전원 공급 장치가 있었다. 각 서피스 스테이션은 또한 화성의 탐험에 영감을 준 공상과학 소설 이야기, 소리, 예술이 들어 있는 소형 디스크를 가지고 있었다. 그것은 미래의 인간 탐험가들을 위한 선물로 의도되었다. 각 지상국의 예상 수명은 1년이었다.

침투기

각각의 침투기는 전체와 후체의 두 가지 주요 구조로 구성되었다. 관통기가 표면에 닿았을 때, 전신은 분리되어 표면으로 5~6m를 파내도록 설계되었고, 후신은 전신에 전선으로 연결된 표면에 남아 있었다. 전신은 하우스키핑 장비와 분석 패키지의 일부를 포함하고 애프터바디는 나머지 분석 패키지와 무선 장비를 포함하고 있었다. 각각의 침투기는 RTG(Radioisotope 열전 발전기)와 배터리에 의해 구동되었다. 각 침투기의 예상 수명은 1년이었다.

계기

오비터

ARGUS

ARGUS 플랫폼은 2개의 텔레비전 카메라와 매핑 분광계로 구성되었다. ARGUS는 자체 멀티프로세서 제어 시스템, 내비게이션 텔레비전 카메라(다른 두 개와는 무관), 1.5기가비트 메모리의 데이터 획득 시스템, 열 제어 시스템, 비행 중 보정 시스템을 갖추고 있었다. 세 축 모두에 높은 정확도로 부착된 기구를 가리키도록 설계했다.

PAIS

PAIS 플랫폼은 SPICAM, EVRIS, PHOTOON 기기를 장착하고 위치를 지정하도록 설계되었다.

HRSC

고해상도 입체 텔레비전-카메라(HRSC)는 상세한 지형학적 연구와 클라우드 구조, 사지 밝기, 터미네이터 특징에 대한 대기학적 연구를 하도록 설계되었다. 그것은 ARGUS 플랫폼에 장착된 카메라 중 하나였다. 이 디자인은 Mars Express HRSC 카메라에 재사용되었다.

와오스

WAOSS(Wide-Angle Steroscopic Television-Camera)는 시간이 지남에 따라 화성을 전지구적으로 감시하여 구름의 움직임, 먼지 폭풍에 의한 표면 변화, 기타 표면과 대기의 장기 관측에 관한 연구를 하도록 설계되었다. 그것은 ARGUS 플랫폼에 탑재되었다.

오메가

가시 및 적외선 지도 분광계(OMBA)는 화성 표면 구성의 화성 화성, 퇴적암, 토양, 서리, 얼음 등을 매핑하기 위해 설계되었다. 그것은 또한 주요 기체 및 고체 대기 구성요소를 지도화하도록 되어 있었다. 그것은 ARGUS 플랫폼에 탑재되었다.

PFS

행성 푸리에 분광계는 표면과 대기에 대한 전문적인 연구를 하도록 설계되었다. 대기 연구에는 3D 온도 및 압력장 감시, 바람의 글로벌 지도화, 공간과 시간의 물과 일산화탄소의 변화, 에어로졸의 광학적 깊이, 위상 기능, 크기 분포, 화학적 구성 등이 포함되었다. 지표면 연구에는 토양에 대한 온도와 열물리학적 특성, 지표면의 광물학적 구성, 지표면 응축물, 고도 등이 포함되었다.

테르모스칸

Mapping Radiometer는 토양의 열 관성, 온도 체계의 주간 및 계절 역학을 모니터하고 변칙적인 열원을 탐색하며 대기의 열 연구를 위해 설계되었다.

스벳

고해상도 매핑 분광계는 화성의 성분 결정, 에어로졸의 특성 연구, TERMOROSCAN 데이터를 MORION 시스템과 호환되는 디지털 형태로 변환하기 위해 존재할 수 있는 일부 암석의 흡수 대역에서 화성의 분광도계를 위해 설계되었다.

스피캠

다채널 광학 분광계의 주요 목적은 오존, 수증기, 일산화탄소, 에어로졸 및 온도의 수직 프로파일을 중하 대기의 중하 대기권 진단, 전리층 진단, 수증기의 전지구 분포 및 대기의 밀도 모델 구축이었다. 그것은 PAIS 플랫폼에 장착되었다.

UVS-M

자외선 분광계는 상층 대기의 수소, 헬륨, 산소의 분포를 찾아내고, 대기 중의 중수소 풍부함을 찾아내고, 대기의 고고도 프로파일을 만들고, 행성간 매체의 중성 성분을 찾아내는 것이었다.

LWR

장파 레이더는 GRUNT와 PLAZA 실험에 사용되었다. GRUNT의 목표는 화성 쇄석암의 기초 표면, 얼음으로 이루어진 암석의 발생 깊이와 그 지리적 분포의 결정, 토양의 유전적 매개변수 추정 등을 연구하는 것이었다. PLAZA의 목표는 화성 대기권과의 태양풍 상호작용의 역학 관계를 연구하기 위해 상부 전리층 전자 수밀도의 높이 프로파일의 전지구적 분포를 연구하는 것이었다.

PHOTON(또는 FTOON)

감마-스펙트미터는 공간 분해능과 정확도가 높은 암석의 원소 구성을 지도화하여 자연방사성 원소와 기본적인 암석 형성 원소의 풍부함을 판단하는 것이었다. 그것은 PAIS 플랫폼에 장착되었다.

중성자-S

중성자 분광계는 화성 토양 표면층의 수분 함량을 조사하기 위해 설계되었다.

MAK

쿼드러플 질량 분광계는 상층 대기와 전리층의 구성을 결정하고, 대기 이온과 중성 구성의 높이 프로파일을 측정하고, 동위원소 비율을 측정하고 업데이트하며, 대기와 전리층의 계절적 및 주간적 변화를 측정하도록 설계되었다.

아스페라

에너지-질량 이온 분광기와 중성입자 이미저는 화성 근처의 플라즈마와 중성미자 사이의 상호작용을 측정하도록 설계되었다.

포네마

고속 전방향 비스캔 이온 에너지-질량 분석기는 고온 이온종의 3D 분포 기능을 시간 분해능으로 측정해 근거리 화성 플라즈마의 미세구조, 역학, 유래를 조사하기 위해 설계됐다.

다이미오

전방향 전리권 질량 분광계는 전리권의 역학 및 태양풍과의 상호작용을 조사하기 위해 설계되었다.

마리프로브

전리권 플라즈마 분광계는 화성 전리권과 자기권의 차가운 플라즈마 대류를 측정하도록 설계되었다.

마레엠프

정전기 분석기와 자력계는 화성의 플라즈마 환경과 태양풍에서 전자와 이온의 자기장 벡터와 3D 분포를 측정하는 것이었다.

엘리스마

Wave Complex는 화성 플라즈마 환경과의 태양풍 상호작용, 전리층 및 자기권의 불안정성 확인, 모래폭풍과 번개에 의해 발생하는 대기발생의 연구파동, 플라즈마 대류의 전지구적 매핑, 열 플라즈마 온도 및 밀도의 분포를 측정하기 위해 설계되었다.고도 300 km, 상층 대기와 하층 전리층 사이의 동적 관계를 감시한다.

썰매

저에너지 충전입자 분광계는 화성 환경에서의 에너지 입자 방사선에 대한 상세한 연구를 하고 행성간 순항 중 저에너지 우주선을 감시하기 위해 설계되었다.

PGS

정밀 감마 분광계는 화성 표면으로부터의 감마선, 강력한 태양 플레어, 감마 폭발을 측정하도록 설계되었다.

릴라스-2

우주 감마선 및 태양 감마선 버스트의 연구는 감마선 버스트 선원의 국소화를 고도로 정밀하게 찾아내고 스펙트럼에서 낮은 에너지 흡수 특성을 분석하며 감마선 버스트의 댐핑 단계에서 열 방사선에 대한 연구를 수행했다.

에브리스

별에서 진동에 대한 EVRIS 조사 기구는 별의 맥동, 회전 및 내부 구조를 조사하고 그러한 진동에 의해 유도되는 광도 미세 변동을 측정하기 위해 설계되었다. 그것은 PAIS 플랫폼에 장착되었다.

SOYA

태양 진동 광도계는 태양의 내부 구조를 연구하기 위해 설계되었다.

RADIUS-M

방사선/도시메트리 제어 단지는 행성간 크루즈와 화성 근교에서 방사선을 연구하고, 우주선의 방사선량을 예측하며, 우주선에 탑재된 선량계를 제어하고, 행성간 공간에서 충전된 입자의 전파를 연구하며, 우주선에 대한 운석 위험도를 추정하기 위해 설계되었다.

표면 측점

두 개의 지표면 측점 각각에 다음이 있음:

MIS

기상학계통에는 온도센서, 압력센서, 상대습도센서, 직사광선과 산란광선의 강도를 비교하기 위한 광학심도센서(ODS), 이온 전류와 대기 이온화를 검출하는 데 사용되는 이온음계 등이 있었다.

DPI

하강 위상 계측기에는 가속도계와 온도 센서가 있었다.

알파

알파 입자 X선 분광계는 화성 토양의 원소 구성을 측정하도록 설계되었다.

낙관론

낙관론에는 자력계, 지진계, 경사계, 전자 장치가 포함되어 있었다.

데스캠

하강 단계 카메라는 낙하산 하강 중에 이미징을 위해 설계되었다.

판캠

파노라마 카메라는 지상국 주변의 풍경을 텔레비전 파노라마로 찍을 수 있도록 설계되었다.

Mox

화성 산화제 실험은 화성 토양과 대기에 산화제의 존재를 연구하기 위해 고안되었다.

매펙스

플라스틱과 실리콘이 마이크로 전자와 광전자 실험을 위해 기록된 방사선. 컴팩트 디스크 라벨에 부착.

침투기

각각 다음을 포함하는 관통기 2개:

TVS TV 카메라

주변 경관의 파노라마 이미지를 촬영하고 가능한 활동(화산 활동 등)을 관찰하도록 설계되었다.

메컴 마테오 세트

지표면의 기상학적 매개변수의 현장 측정을 수행하도록 설계되었다.

PEGAS 감마경계

화성 표면 암석의 원소 구성을 추정하도록 설계되었다.

ANGSTrem X-RAY 분광계

표면 아래 암석의 원소 구성을 추정하도록 설계되었다.

알파 알파-P 분광계

암석의 화학적 구성을 추정하기 위해 고안된

중성자 중성자-P 분광계

바위의 습도와 밀도를 측정하도록 설계되었다.

GRUNT 가속도계

저항력/시간, 속도 프로필/시간, 관통 프로필 및 깊이를 파악하여 기계적 특성을 조사하도록 설계됨.

테르모존드

암석의 표면층에 대한 열적, 물리적 연구를 하도록 설계되었다.

케이머튼 지진계

이 행성의 지각 구조를 연구하기 위해 고안된 것이다.

IMAP-6 자기계

화성의 내적 자기장과 암석의 자성을 연구하기 위해 고안된 것이다.

계획임무

발사하다

이 발사는 1996년 11월 16일 프로톤 8K82K/11S824F 발사 차량에서 실시될 예정이었다. 이것은 포보스 우주선을 1988년 화성을 향해 발사하기 위해 두 번 모두 두 번 비행했던 구성의 4단 로켓이다. 처음 세 단계는 연료 고갈을 위해 태우는 것이었다. 블록 D-2라고 불리는 4단계는 그 후 발화하여 그것과 우주선을 지구 주위의 주차 궤도에 놓이게 된다. 나중에 다시 점화하여 트랜스 마스 주입 기동을 시작하는 것이었다. 4단 셧다운 후, 우주선은 분리하여 더듬이를 배치하고 추진 장치를 사용하여 화상을 완성할 예정이었다. 이 작업이 완료된 후, 우주선은 태양 전지판과 PAIS 과학 플랫폼을 배치할 예정이었다.

행성간 순항

유람선 여행은 10개월 정도 걸릴 예정이었다. 도중에 두 개의 코스 수정이 계획되었다. 천체물리학 연구도 행성간 순항 중에 이루어질 예정이었다. 화성의 도착은 1997년 9월 12일에 이루어질 예정이었다.

도착

도착하기 4~5일 전(가급적으로 5일 전) 이 우주선은 북반구에 있는 두 개의 별도 장소에 착륙하기 위해 두 개의 지표면 관측소를 모두 해제할 예정이었다. 발사 후, 우주선은 궤도 삽입에 대비하여 궤도의 궤적을 플라이 바이 경로로 바꾸는 편향 기동을 수행하게 된다. 적절한 순간에 추진 장치의 주엔진이 비행 방향을 향하게 되면 우주선은 화상으로 속도를 늦추고 화성 궤도에 진입하게 된다. 초기 화성 궤도는 500km, 약 52,000km의 아포아포피스와 43.09시간의 궤도 주기를 가질 것이다.

서피스 스테이션 착륙

궤도 탐사선이 궤도 삽입 화력을 수행하는 동안, 두 지표면 관측소는 화성에 연착륙할 예정이었다. 두 착륙 순서는 동일했다. 그들은 그 우주선이 공기역학적 압력에 의해 속도를 늦추는 것으로 시작했다. 고도 19.1km에서는 낙하산이 전개되고, 이어 18.3km에서는 열 차폐 분리, 17.9km에서는 에어백 팽창이 뒤따른다. 에어백에 쿠션을 맞은 착륙선이 땅에 부딪히면 낙하산이 분리된다. 에어백은 결국 멈추어 섰다. 그 후에 두 에어백이 분리되어 착륙선을 드러낸다. 네 장의 꽃잎이 열리고 착륙선이 착륙지점 위를 지날 때 착륙선이 신호를 보내곤 했다.

화성 궤도

화성 궤도를 달성한 후 궤도 탐사선이 수행할 첫 번째 임무는 두 지표면 관측소로부터 착륙을 확인하는 신호를 받는 것이었다. 침투기를 착륙시킬 수 있는 창문은 화성 궤도를 삽입한 지 7일에서 28일 후가 될 것이다. 궤도선의 1차 과학 단계는 두 개의 관통기가 모두 방출되고 추진 장치가 분사된 후에야 시작될 수 있었다.

침투기 착륙

각 침투기의 착륙은 동일할 것이다. 안정성을 위해 침투기를 회전시킨 뒤 궤도로부터 분리하는 것으로 시작되었다. 침투기는 궤도에서 떨어뜨리기 시작하는 고체 로켓 모터를 발사할 것이다. 20-22시간 후에 침투자는 화성 대기와 마주치게 된다. 그런 다음 제동장치를 전개한다. 그것이 충격을 받으면 전신이 분리되어 본체보다 더 깊이 들어간다. 그런 다음, 착륙을 확인하기 위해 궤도 비행체와 통신 세션을 수행한다.

궤도 일차 과학 단계

궤도를 삽입한 지 약 한 달 후, 침투기가 방출된 후, 그 궤도 위성은 추진 장치를 폐기할 것이다. 추진 장치는 LWR 기기 및 ARGUS 플랫폼의 배치를 방해하며 1차 과학 단계가 시작되기 전에 폐기되어야 한다. 그 궤도선의 명목상의 임무는 지구 1년 동안 지속되었을 것이다. 추진 장치가 분사된 후, 궤도 정비를 위한 저출력 추력 시스템을 갖추게 되었다. 명목상의 단계에서는 데이모스의 플라이 바이(fly by)가 가능했지만, 포보스의 플라이 바이(fly by)는 명목상의 미션이 끝날 때까지 가능하지 않았다. 만약 연장된 임무가 승인되었다면, 2~3개월의 기간에 걸친 에어로브레이킹은 궤도 주기를 9시간 정도로 줄였을 것이다.

임무 실패

발사 차량은 1996년 11월 16일 20:48:53 UTC에서 이륙했다. 발사 차량은 주차 궤도까지 제대로 작동했다. 예정됐던 블록 D-2 4단 2차 화상은 이뤄지지 못했다. 그 우주선은 분리된 후 엔진 화력을 자동으로 수행했다. 불행하게도, 4단계 화상이 없는 상태에서, 우주선은 지구 대기권 안으로 다시 피리지를 내려 재진입시켰다. 4단계는 이후 궤도에 다시 진입했다. 타임라인에서 미국과 러시아 소식통들 사이에 의견이 엇갈리고 있다.^[3]

결론들

검토위원회는 화성 96 추락이 프로톤-K 발사체 블록 D-2 상단의 고장인지, 화성 96 우주선 자체의 오작동 때문인지 판단할 수 없었다. 고장조사위원회는 임무의 중요한 부분 중 원격측정 데이터가 부족하여 고장 원인을 파악할 수 없다고 결론지었다. 이 고장은 우주선이 러시아 지상국의 사정거리를 벗어난 상태에서 프로톤블록 D-2 상층부의 두 번째 발화 지점에서 발생했다. 화성 96호 우주선은 200g의 플루토늄-238을 작은 알갱이 형태로 운반했다. 열과 충격을 견딜 수 있도록 설계되었으며 재진입 시 살아남은 것으로 생각된다. 블록 D-2단계는 플루토늄을 운반하지 않았다. 이 우주선은 칠레의 이키크에서 동쪽으로 32km 떨어진 북동쪽으로 남서쪽으로 달리고 있는 길이 320km, 폭 80km의 타원형으로 어딘가에 추락한 것으로 추정된다. 우주선이나 상층부의 부품은 아직 회수되지 않았다.^[4]

플루토늄 연료의 운명

당초 화성 96호 조립체가 대기 중에 불에 타 파편이 태평양으로 떨어진 것으로 추정됐다.^[3] 그러나 1997년 3월 미국 우주사령부는 인공위성의 재진입 경로를 잘못 계산했음을 인정했다. 콜로라도주 콜로라도스프링스에 있는 미국 우주사령부의 스티븐 보이런 미디어본부장은 "재진입이 발생한 지 몇 주 만에 언론을 통해 재진입 사건의 목격자 진술을 다수 인지하고 있었다"고 썼다. "추가 분석 결과, 우리는 그 영향이 실제로 육지에 가해진 것이 타당하다고 생각한다."^[1] 화성 96에는 화성 대기권 진입을 위해 설계된 4개의 조립체와 2개의 표면 침투기, 2개의 표면 관측소가 실려 있었다. 이것들은 지구의 대기권 진입에도 거의 확실히 살아남았을 것이다. 두 개의 표면 침투기는 지면과 충돌해도 살아남도록 설계되었다. 이것과 4개의 조립품이 총 200그램의 플루토늄-238을 연료로 운반했음에도 불구하고, 러시아인들은 현재까지 어떠한 회복 노력도 하지 않고 있다.^[1]

화성 96을 기반으로 한 미션

계획적이거나 성공적이거나, 많은 후기 미션들이 화성 96의 기술을 기반으로 한다. 예를 들어, ESA의 Mars Express(2003년 발사), NetLander (취소) 그리고 그 후속작인 MetNet (2016-2019년 발사 제안)이 취소되었다. 화성 96의 장비 설계 중 일부는 화성-500 실험에 사용되었다.^[5]

참고 항목

• 화성 탐사 임무 목록

참조

외부 링크

• 나사 엔트
• 지구에 떨어진 탐사선