메이븐

MAVEN
이 기사는 화성 궤도선에 관한 것이다.다른 용도는 Maven(동음이의)을 참조하십시오.
화성 대기와 휘발성 진화
MAVEN spacecraft model.png
아티스트의 MAVEN 우주선 버스 렌더링
이름
  • 메이븐
  • 화성 대기와 휘발성 진화
미션형화성 대기 연구
연산자나사
COSPAR2013-063a
새캣39378
웹사이트공식 웹사이트
임무 기간2년(계획)
과학 단계가 무기한 연장되었다.
2019년부터 텔레콤 중계기로 운영
우주선 속성
제조사록히드 마틴 스페이스 시스템즈
발사 질량2,454 kg(5,4lb)
건질량809kg(1,784lb)
페이로드 질량65kg(lb)
치수2.3m × 2.3m × 2m
힘1135와트[1]
미션의 시작
출시일자2013년 11월 18일, UTC 18:28:00
로켓Atlas V 401(AV-038)
발사장케이프 커내버럴, SLC-41
계약자유나이티드 론치 얼라이언스
궤도 매개변수
참조 시스템등각 궤도
정권타원 궤도
페리아레온 고도150km(93mi)
아포아레온 고도6,200km(3,900mi)
기울기75°
마침표.4.5시간
화성 궤도 탐사선
궤도 삽입2014년 9월 22일 02:24 UTC
MSD 50025 08:07 AMT
MAVEN Mission Logo.png
메이븐 미션 로고

MAVEN은 화성 궤도를 도는 미국 우주선으로, 대기 가스의 우주 유실을 연구해 행성의 기후와 물의 역사에 대한 통찰력을 제공한다.[3]우주선 이름은 '화성 대기 및 휘발성 진화'의 약자로 '특별한 지식이나 경험을 가진 사람, 전문가'[4][5]라는 뜻의 단어다.MAVEN은 2013년 11월 18일 플로리다주 케이프 커내버럴 공군기지에서 아틀라스 V 로켓으로 발사된 뒤 2014년 9월 22일 화성 궤도에 진입했다.이번 임무는 NASA가 화성 대기를 연구하는 첫 번째 임무다.이 탐사선은 태양풍이 휘발성 화합물을 어떻게 그리고 어떤 비율로 제거하는지 조사하기 위해 이 행성의 상층 대기와 전리층을 분석하고 있다.

이번 임무의 주임 조사관은 버클리 캘리포니아 대학의 섀넌 커리 교수다.그녀는 콜로라도 보울더 대학교 대기 및 우주 물리학 연구소의 브루스 야코스키로부터 인계받았는데, 그는 2021년까지 이 임무를 제안하고 이끌었다.[3]이 프로젝트는 2년간의 주요 임무를 통해 건설, 발사, 운영에 5억 8천 2백 5십만 달러가 들었다.[6]

출시 전

MAVEN – Atlas V 점화(2013년 11월 18일)

2006년에 제안된 이 임무는 이전에 피닉스를 굴복시켰던 NASA의 화성 정찰 프로그램 중 두 번째였다.2008년 비행 개발 대상으로 선정되었다.[7]

2013년 8월 2일, MAVEN 우주선은 발사 준비를 시작하기 위해 플로리다의 케네디 우주 센터에 도착했다.[8]

출범 불과 7주 전인 2013년 10월 1일, 정부 셧다운으로 이틀간의 업무 정지가 발생했고, 당초 26개월의 임무 연기를 강행하겠다고 위협했다.명목상 2013년 11월 18일 우주선이 발사될 예정이었던 상황에서 2013년 12월 7일을 넘기면 화성이 지구와 너무 어긋나면서 MAVEN이 발사창을 놓쳤을 것이다.[citation needed]

그러나 이틀 뒤인 2013년 10월 3일, NASA는 2013년 MAVEN 발사가 화성에서 현재 NASA 자산인 오퍼튜니티와 미래의 통신을 보장하기 위해 매우 필수적이라고 판단했다는 공지가 발표되었고, 긴급 자금 지원을 통해 정시 발사를 준비하기 위해 우주선 처리를 재개할 수 있었다.[9]

목표

MAVEN의 행성간 화성여행

건조한 강바닥을 닮은 화성의 특징과 물이 있는 곳에서 형성되는 광물들이 발견되었다는 것은 화성이 한때는 충분히 밀도가 높은 대기를 가지고 있었고 표면에서 액체 상태의 물이 흐를 수 있을 만큼 따뜻했다는 것을 보여준다.그러나 그 두터운 대기는 어쩐지 우주로 사라져 버렸다.과학자들은 수백만년에 걸쳐 화성의 핵이 냉각되고 자기장이 부패하면서 화성은 99%의 대기를 잃었고, 이로 인해 태양풍이 한때 대기에 포함되어 있던 물과 휘발성 화합물의 대부분을 쓸어버릴 수 있었다고 의심하고 있다.[10]

MAVEN의 목표는 화성의 기후 진화에 대한 해답을 제공하면서 우주에 대기 가스가 손실된 역사를 결정하는 것이다.과학자들은 현재 대기가 우주로 빠져나가는 비율을 측정하고 관련 과정에 대한 충분한 정보를 수집함으로써, 지구의 대기가 시간이 지남에 따라 어떻게 진화했는지를 유추할 수 있을 것이다.MAVEN 미션의 주요 과학적 목표는 다음과 같다.

  • 오늘날 상층 대기와 전리층의 구성과 구조를 측정하고 이를 제어하는 프로세스를 결정한다.
  • 대기 상층부에서 우주까지의 기체 손실률을 측정하고, 이를 제어하는 프로세스를 결정한다.
  • 지질학적 기록에 기록된 40억년 역사에 걸쳐 우주에 대한 통합적 손실을 결정하기 위해 시간 내에 거꾸로 추론할 수 있는 성질과 특성을 결정하라.[7]

타임라인

메이븐은 2013년 11월 18일 아틀라스 V 401 발사체를 이용해 케이프 커내버럴 공군기지(CCAFS)에서 발사했다.[11][12]2014년 9월 22일 화성에 도달했고, 화성의 표면에서 150km(93mi) 위로 약 6,200km(3,900mi)의 타원 궤도에 삽입되었다.[12]

2014년 10월 1차 과학 임무를 시작하기 위해 우주선을 미세 조정하고 있을 때, 시딩 스프링 혜성 또한 화성의 근접 비행을 수행하고 있었다.연구원들은 혜성의 해로운 영향을 완화하기 위해 이 비행선을 조종해야 했지만, 그렇게 하는 동안 혜성을 관찰하고 방출된 가스와 먼지의 구성에 대한 측정을 수행할 수 있었다.[13]

2014년 11월 16일, 조사관들은 MAVEN의 커미셔닝 활동을 완료하고 1년 동안 지속될 예정인 1차 과학 임무를 시작했다.[14]그 기간 동안, MAVEN은 근처의 혜성을 관찰하고, 휘발성 가스가 태양 바람에 휩쓸리는 정도를 측정했으며, 지구의 전체 상층 대기의 특성을 더 잘 나타내기 위해 상층 대기와 하층 대기의 경계까지 네 번의 "딥 디핑"을 수행했다.[15]2015년 6월 과학 단계가 2016년 9월까지 연장돼 메이븐이 화성 전체 계절에 걸쳐 화성 대기를 관측할 수 있게 됐다.[16]

2016년 10월 3일, MAVEN은 화성의 한 해 동안의 완전한 과학적 관찰을 완성했다.2018년 9월까지 2년 연장 임무를 추가로 승인받았다.모든 우주선 시스템은 여전히 예상대로 작동하고 있었다.[17]

2017년 3월 메이븐의 수사관들은 다음 주 포보스와 충돌하지 않기 위해 당초 예정에 없던 작전을 수행해야 했다.[18]

2019년 4월 5일, 항법팀은 2개월간의 에어로브레이킹 기동을 완료하여 MAVEN의 궤도를 낮추고 현재 착륙선은 물론 로버 페르세반스의 통신 중계기 역할을 더 잘 할 수 있도록 했다.이 새로운 타원 궤도는 약 4,500 km (2,800 mi) x 130 km (81 mi)이다.지구의 하루당 6.6개의 궤도로, 낮은 궤도는 로버와 더 빈번하게 의사소통을 할 수 있다.[19]

2020년 9월 현재, 이 우주선은 과학 임무도 계속하고 있으며, 모든 계기들이 여전히 작동하고 있고 적어도 2030년까지 지속할 수 있을 만큼 충분한 연료를 가지고 있다.[19]

2021년 8월 31일, 섀넌 커리는 그 임무의 주임 조사관이 되었다.[20]

MAVEN 에어로브레이킹 - 화성 2020 임무 준비(2019년 2월)

우주선 개요

MAVEN은 록히드 마틴 스페이스 시스템즈에 의해 건설되고 테스트되었다.화성 정찰궤도선과 2001년 화성 오디세이의 설계가 바탕이 됐다.궤도선은 약 2.3m × 2.3m × 2m (7ft 7 in × 7 ft 7 in × 6ft 7 in) 높이의 입체형이며,[21] 양 끝에는 자기계계를 고정하는 두 개의 태양열이 있다.총 길이는 11.4m(37ft)이다.[22]

중계통신

MAVEN의 일렉트라 UHF 라디오 송수신기

NASA 제트추진연구소는 최대 2048kbit/s의 데이터 반환 속도를 가진 Electra 초고주파(UHF) 릴레이 무선 페이로드를 제공했다.[23]비록 MAVEN의 궤도의 긴 시야 기간으로 인해 화성 궤도의 가장 큰 릴레이 데이터 중 일부가 복귀되었지만, MAVEN 우주선의 매우 타원형 궤도는 표면에서 착륙선을 운용하는 릴레이로서의 유용성을 제한할 수 있다.[24]1차 과학 단계인 화성에서의 임무 첫 해 동안, MAVEN은 예비 계전기 궤도 탐사선 역할을 했다.최대 10년의 연장된 임무 기간 동안, MAVEN은 현재와 미래의 화성 탐사선과 착륙선을 위한 UHF 중계 서비스를 제공할 것이다.[16]

과학 기구

태양풍 전자 분석기(SWEA)는 태양풍과 전리층 전자를 측정한다.
MAVEN의 자기계
MAVEN의 SEP 악기

콜로라도 대학교 볼더, 캘리포니아 대학교, 버클리 대학교, 고다드 우주 비행 센터는 각각 우주선을 위한 기구 세트를 만들었으며,[25] 여기에는 다음과 같은 것들이 포함된다.

캘리포니아 대학교 버클리 우주과학 연구소에 의해 건설된:

  • 태양풍 전자 분석기(SWEA)[26] – 태양풍 및 전리층 전자를 측정한다.MAVEN과 관련하여 SWEA의 목표는 전리층 및 그 이상에서 자석 플라즈마 위상을 추론하고 대기 전자 충격 이온화 효과를 측정하는 것이다.[27]
  • 태양풍 이온 분석기(SWIA)[28] – 태양풍 및 자석열 이온 밀도 및 속도 측정따라서 SWIA는 상층 대기권 내에서 태양풍 상호작용의 특성을 특징으로 한다.
  • SupraThermal and Thermal Ion Composition (STICATIC)[29] – 중간 에너지 방출 이온에 대한 열 이온 측정이것은 대기로부터의 현재 이온 방출 속도와 다양한 대기 이벤트 동안 이율이 어떻게 변화하는지에 대한 정보를 제공한다.
  • 태양 에너지 입자(SEP)[30] – SEP가 대기 상층에 미치는 영향을 결정한다.이 스위트의 나머지 부분과 맥락에서, 그것은 SEP 사건이 어떻게 상층 대기 구조, 온도, 역동성 및 탈출율에 영향을 미치는지 평가한다.

Colorado University Boulder Laboratory for aircraft and Space Physics: 콜로라도 대학교 대기 및 우주 물리학 연구소에서 구축한 연구:

  • 영상 자외선 분광계(IUVS)[31] – 상층 대기와 전리층의 전지구적 특성을 측정한다.IUVS는 원-UV와 중간-UV 채널을 분리하고, 중수소와 수소를 구별하기 위한 고해상도 모드, 공기로 연구를 위한 최적화, 완전한 매핑과 거의 지속적인 작동이 가능한 기능 등을 갖추고 있다.[32]
  • LPW([33]Langmuir Probe and Wave) – 빠져나가는 이온과 대기에 대한 태양 극자외선(EUV) 입력의 전리층 특성과 파열 가열 여부를 결정한다.이 기구는 전리층의 기본 상태에 대한 보다 나은 특성화를 제공하며 태양풍이 전리층에 미치는 영향을 평가할 수 있다.

고다드 우주 비행 센터가 제작한:

  • 자기계(MAG)[34] – 행성간 태양풍과 전리층 자기장 측정
  • 중성 가스 및 이온 질량 분광계(NGIMS)[35] - 중성 가스 및 이온의 성분 및 동위원소를 측정한다.이 계측기는 낮은 대기가 높은 고도에 어떻게 영향을 미치는지 평가하는 동시에 호모포즈에서 엑소바제까지의 상층 대기의 구조를 더 잘 특성화한다.

SWEA, SWIA, STATIC, SEP, LPW, MAG는 입자 및 필즈 악기 모음, IUVS는 원격 센싱 악기 모음, NGIMS는 자체 eponymous 모음입니다.

비용

MAVEN 개발 및 프라임 미션 비용

MAVEN의 주요 임무 수행에 5억 8천 2백 5십만 달러가 소요되었는데, 이는 원래 예상했던 것보다 거의 1억 달러 적은 것이다.이 중 3억6,680만 달러는 개발용, 1억8,700만 달러는 출시용, 3천5백만 달러는 2년간의 주요 임무용이었다.NASA는 평균적으로 매년 2천만 달러를 MAVEN의 확장 작업에 사용한다.[6]

결과.

대기손실

화성은 증발에 의해 얇은 대기로 수분을 잃는다.그곳에서, 태양 복사는 물 분자들을 수소와 산소로 나눌 수 있다.수소는 가장 가벼운 원소로서 화성 대기 중 가장 높은 수위까지 상승하는 경향이 있는데, 화성 대기에서는 여러 과정이 수소를 우주로 떼어낼 수 있으며, 이 수소는 행성에 영원히 손실될 수 있다.이러한 손실은 상당히 일정한 속도로 진행될 것으로 생각되었지만, MAVEN이 화성 전체 해(거의 지구 2년)를 통해 화성의 대기 수소를 관측한 결과, 화성의 궤도가 태양에 가장 근접할 때 탈출률이 가장 높고, 가장 멀리 있을 때는 10분의 1밖에 안 된다는 것을 알 수 있다.[36]

2015년 11월 5일, NASA는 MAVEN의 데이터를 통해 태양 폭풍 동안 화성의 대기 악화가 현저하게 증가한다는 것을 보여준다고 발표했다.이러한 대기의 우주 유실은 화성을 비교적 따뜻하게 유지하고 화성이 액체 표면의 물을 지탱할 수 있게 했던 이산화탄소가 지배하는 대기에서 오늘날 보이는 차갑고 건조한 행성으로 점차 이동하는 데 핵심적인 역할을 했을 것으로 보인다.이러한 변화는 약 42억에서 37억년 전에 일어났다.[37]대기손실은 2015년 3월 행성간 관상동맥질량 방출에서 특히 두드러졌다.[38]

화성 – 대기권 이탈 – 탄소, 산소, 수소(MAVEN – UV – 2014년 10월 14일)[39]

다른 종류의 오로라

2014년, MAVEN 연구원들은 지구 전체에, 심지어 적도 근처에도 널리 퍼진 오로라를 발견했다.화성의 국부적 자기장(지구적 자기장과는 대조적으로)을 고려할 때 오로라는 화성에서 서로 다른 방식으로 형성되고 분포하는 것으로 나타나 과학자들이 확산 오로라라고 부르는 것을 만들어낸다.연구원들은 오로라를 일으키는 입자의 근원이 태양에서 발원한 전자의 거대한 급증이라고 결론지었다.이 매우 정력적인 입자들은 지구보다 화성의 대기로 훨씬 더 깊이 침투할 수 있었고, 오로라를 행성의 표면에서 훨씬 더 가까이(지구의 100~500km와는 대조적으로 약 60km) 만들었다.[40]

과학자들은 또한 전자에 의해 생성되는 소위 전형적인 오로라와는 다른 양성자 오로라를 발견했다.양성자 오로라는 이전에 지구에서만 검출되었다.[41]

혜성과의 상호작용

시딩 스프링 혜성의 플라이비 직전에 MAVEN이 우연히 도착한 것은 연구자들에게 혜성 자체뿐만 아니라 화성 대기와의 상호작용을 관찰할 수 있는 독특한 기회를 주었다.우주선의 IUVS 기구는 마그네슘과 철 이온에서 발생하는 강한 자외선 방출량을 감지했는데, 이는 혜성의 유성우가 지구에서 감지된 그 어떤 것보다도 훨씬 강한 결과였다.[42]NGIMS 기구는 이 오트 구름 혜성에서 직접 먼지를 샘플링할 수 있었고, 적어도 8가지 다른 종류의 금속 이온을 검출했다.[43]

금속 이온 검출

2017년에는 화성 전리층에서 금속 이온의 검출에 대한 상세한 결과가 발표되기도 했다.지구 이외의 행성 대기에서 금속 이온이 검출된 것은 이번이 처음이다.또한 적색 행성이 우리 행성보다 훨씬 약한 자기장을 가지고 있다는 점을 감안할 때 이러한 이온들이 화성 대기에서 다르게 작용하고 분포하고 있다는 점도 주목되었다.[44]

미래 탐사에 미치는 영향

2017년 9월, NASA는 화성 표면의 방사능 수치가 일시적으로 두 배로 증가했고 이전에 관측된 것보다 25배나 밝은 오로라를 보고했다.이것은 예상치 못한 거대한 태양 폭풍으로 인해 발생했다.[45]이 관찰은 방사선 수준의 변화가 지구의 거주성에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 통찰력을 제공함으로써 NASA 연구원들이 미래의 인류 화성 탐험가들에게 미치는 영향을 완화할 뿐만 아니라 예측하는 방법을 이해하는 데 도움을 주었다.

참고 항목

참조

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