우주 탐사

우주 탐사

 

우주탐사란 천문학과 우주기술을 이용해 우주공간을 탐사하는 것입니다.우주 탐사는 현재 망원경을 이용한 연구를 하는 천문학자들을 중심으로 진행되고 있지만 물리 탐사는 무인 로봇 우주 탐사선과 인간 우주 비행 모두에서 진행되고 있습니다. 우주 탐사는 그 고전적인 형태의 천문학과 마찬가지로 우주 과학의 주요 원천 중 하나입니다.

천문학으로 알려진 우주 물체의 관측은 신뢰할 수 있는 기록된 역사보다 앞서 있지만 물리적 우주 탐사를 현실화시킨 것은 20세기 중반의 크고 비교적 효율적인 로켓 개발이었습니다. 우주 탐사의 일반적인 이유로는 과학 연구의 추진, 국가적 위신, 각국 연합, 인류의 미래 생존 확보, 타국에 대한 군사적·전략적 우위성 개발 등을 들 수 있습니다.

우주 탐사 초기는 소련과 미국 간의 '우주 경쟁'에 의해 추진되었습니다. 우주 탐사 개시의 원동력은 냉전 시대였습니다. 핵무기를 만드는 능력 이후 방위·공격 이야기는 땅을 떠나 공기를 통제하는 힘이 초점이 되었습니다. 소련과 미국은 미지의 공간을 탐색함으로써 기술에서의 우위성을 증명하기 위해 싸우고 있었습니다. 실제로 NASA가 만들어진 이유는 스푸트니크 1세의 반응에 의한 것이었는데요, 1957년 10월 4일 지구를 도는 최초의 인간이 만든 물체인 소련의 스푸트니크 1호가 발사됐고 1969년 7월 20일 미국 아폴로 11호의 첫 달 착륙이 이 초기 단계의 랜드마크로 자주 거론됩니다. 소비에트 우주 계획은 1957년에 최초의 생명체가 궤도에 오른 것, 1961년에 최초의 인간 우주 비행(보스톡 1호에 탑승한 유리 가가린), 1965년 3월 18일에 최초의 우주 유영(알렉세이 레오노프에 의한)을 포함한 많은 최초의 마일스톤을 달성했습니다. 1971년에 최초의 우주 정거장(Salyut 1)이 발사되었습니다. 첫 20년간의 탐사 후 초점은 단발 비행에서 우주왕복선 프로그램과 같은 재생 가능한 하드웨어로 옮겨 국제우주정거장과 마찬가지로 경쟁에서 협력으로 옮겨갔습니다.

 

2011년 3월의 STS-133에 이어 ISS가 실질적으로 완성됨으로써, 미국에 의한 우주 탐사 계획은 여전히 유동적입니다. 2020년까지 달로 돌아가기 위한 부시 행정부 프로그램인 Constellation은 2009년 전문가 리뷰 패널 보고에 의해 자금이 불충분하고 비현실적이라고 판단되었습니다. 오바마 행정부는 2010년 Constellation 개정을 제안하면서 저지구궤도(LEO)를 넘어 우주선 운항을 2020년 이후로 연장하는 것을 구상하고 NASA에서 민간 부문으로 인간 승무원을 위한 발사 차량 개발을 이전했습니다. 지구-달 L1, 달, 지구-태양 L2, 지구 근방 소행성, 포보스 또는 화성 궤도 등 LEO를 초월한 장소로의 미션을 가능하게 하는 기술의 개발입니다.

2000년대 중국은 우주비행 계획을 성공적으로 시작했고 인도는 찬드라얀 1호를 발사했고 유럽연합(EU)과 일본도 미래의 우주 미션을 계획하고 있습니다. 중국, 러시아, 일본은 21세기에 달 유인 미션을 제창하고, 유럽연합은 20세기와 21세기에 달과 화성 유인 미션을 제창하고 있습니다.

 

탐험의 역사
관련 항목입니다. 천문학의 역사, 태양계의 발견과 탐험, 우주 탐사의 타임라인, 국가의 첫 번째 궤도 발사의 타임라인, 그리고 우주 디스커버리입니다.

최초의 망원경은 1608년 네덜란드에서 한스 리퍼시라는 안경 제조업체에 의해 발명되었다고 알려져 있지만 천문학에서 처음 사용된 것은 1609년 갈릴레오 갈릴레이에 의해서였습니다. 1668년 아이작 뉴턴은 독자적인 반사망원경을 건설해 이런 종류의 망원경으로는 처음으로 완전히 기능한 것이며 기존 갈릴리 망원경보다 뛰어난 특징이 있어 향후 발전을 위한 랜드마크가 될 것입니다.

태양계(및 그 후)에서의 일련의 발견이 계속되었고, 그로부터 다음 세기에는: 달의 산, 금성의 위상, 목성과 토성의 주요 위성, 토성 고리, 많은 혜성, 소행성, 천왕성과 해왕성 등의 새로운 행성이 발견되었습니다.

궤도 천문대 2는 1968년에 발사된 최초의 우주 망원경이었지만 1990년에 허블 우주 망원경이 발사되었습니다. 2022년 12월 1일 현재 5,284개의 외계 행성이 확인되었습니다. 은하수에는 1000억~4000억 개의 항성이 있고, 1000억 개 이상의 행성이 있는 것으로 추정되고 있습니다. 관측 가능한 우주에는 적어도 2조 개의 은하가 존재합니다. HD1은 지구에서 가장 먼 알려진 물체로 334억 광년 떨어져 있는 것으로 보고되었습니다.

 

우주 비행의 시초

MW18014는 1944년 6월 20일 독일 페네문드 육군연구센터에서 실시된 V-2 로켓의 시험발사였습니다. 우주 공간에 도달한 최초의 인공 물체이며, 카르만 선보다 훨씬 높은 176km의 아포지를 달성했습니다. 이것은 수직 시험 발사였는데요, 로켓은 우주에 도달했지만 궤도 속도에는 미치지 못했고, 그 때문에 충격을 받아 지구로 돌아와 최초의 궤도 아래 우주비행이 되었습니다.

최초의 궤도 발사
최초의 성공적인 궤도 발사는 1957년 10월 4일에 행해진 소련의 무인 스푸트니크 1호('위성 1') 미션에서였습니다. 이 위성의 무게는 약 83kg(183파운드)으로 지구 높이 약 250km(160마일)를 돌았다고 기록되었습니다. 2개의 무선 송신기(20MHz와 40MHz)가 있어, 전 세계의 라디오에서 들리는 「삐」소리를 내고 있었습니다. 무선 신호 분석은 전리층의 전자 밀도에 대한 정보를 수집하기 위해 사용되었으며 온도와 압력 데이터는 무선 비프음 사이에 부호화 되었습니다. 그 결과로 위성이 운석에 의해 구멍을 뚫지 않았다는 것을 보여주는 증거가 됩니다. 스푸트니크 1호는 R-7 로켓에 의해 발사되었고 1958년 1월 3일 재발사 되었습니다.

 

인류 최초의 우주비행

 

인류 최초의 우주비행에 성공한 것은 1961년 4월 12일 27세의 러시아인 우주인 유리 가가린을 태운 보스톡 1호(동쪽 1호)다. 우주선은 약 1시간 48분 동안 지구를 한 바퀴 도는 궤도를 완성했습니다. 가가린의 비행은 전 세계적으로 엄청난 반향을 일으켰습니다. 그것은 소련의 선진적인 우주 계획의 시연이며 우주 탐사에 있어서 완전히 새로운 시대를 열었습니다. 바로 인간의 우주 비행입니다.

최초의 천체 우주 탐사

다른 천체에 도달한 최초의 인공 물체는 1959년 달에 도달한 루나 2호였습니다. 다른 천체로의 첫 연착륙은 1966년 2월 3일 루나 9호가 달에 착륙하면서 이루어졌습니다. 루나 10호는 1966년 4월 3일 달 궤도에 진입한 최초의 인공위성이 되었습니다.

1969년 7월 20일 아폴로 11호에 의해 다른 천체로의 첫 유인 착륙이 행해져 달 착륙을 실시했습니다. 1969년부터 1972년 인류 마지막 달 착륙까지 총 6대의 우주선이 달에 착륙했습니다.

 

최초의 행성간 비행은 1961년 금성 1호였지만 1962년의 매리너 2호는 금성에서 데이터를 반환한 최초의 비행이었습니다(가장 가까운 거리는 34,773킬로미터). 파이어니어 6호는 1965년 12월 16일 발사된 최초의 위성입니다. 다른 행성들은 1965년 마리너 4호, 1973년 주피터 10호, 1974년 수성 10호, 1979년 마리너 11호, 1986년 천왕성 2호, 1989년 넵튠 2호로 비행했습니다. 2015년에는 왜소행성 세레스와 명왕성이 각각 새벽에 주회해 뉴호라이즌스를 통과했습니다. 이것은 태양계, 태양, 달, 셀레스와 명왕성(5개의 왜소행성 중 2개)에 있는 8개 행성 각각의 비행을 설명합니다.

다른 행성에서 적어도 제한된 지표 데이터를 반환하는 최초의 행성 간 탐사는 1970년 금성에서 23분간 지구로 데이터를 반환한 베네라 7호 착륙이었습니다. 1975년 베네라 9호는 다른 행성 표면의 이미지를 최초로 복원하고 금성의 이미지를 복원했습니다. 1971년 화성 3호 미션은 약 20초간의 데이터를 반환하는 최초의 연착륙을 달성했습니다. 그 후 1975년부터 1982년까지 6년간의 바이킹 1호에 의한 화성 표면 조작과 1982년 베네라 13호에 의한 금성 표면으로부터의 2시간 이상의 투과 등 훨씬 긴 표면 미션이 달성되었습니다. 금성과 화성은 지구 밖에 있는 두 행성에서 인간이 미개발 로봇 우주선으로 지상 임무를 수행해 왔습니다.

 

다이이치 우주정거장
Salyut 1은 1971년 4월 19일 소련에 의해 저지구 궤도로 발사된 최초의 우주 정거장입니다. 국제우주정거장은 현재 2개의 완전히 기능하고 있는 우주정거장 중 가장 크고 오래된 것으로 2000년 이래 지속적으로 거주하고 있습니다. 다른 하나는 중국에 의해 건설된 톈궁 우주 정거장으로 현재는 완전히 승무원으로 운용되고 있습니다.

 

연구 조사

20세기 중반 탐사에서 시작하여 인류의 미션은 지구 궤도로 보내졌고, 그 후 달로 보내졌습니다. 또한 탐사기는 알려진 태양계 전체를 통해 태양 궤도로 보내졌습니다. 우주선은 21세기까지 토성, 목성, 화성, 금성, 수성 주위 궤도에 투입됐고, 가장 먼 활동 우주선인 보이저 1호와 2호가 지구-태양 간 거리의 100배가 넘는 거리를 주행했습니다. 이 기기들은 태양의 태양풍에 의해 은하에서 만들어진 입자의 일종인 태양의 헬리오스피어를 떠난 것으로 생각되는데도 충분했습니다.

태양
태양은 우주 탐사의 주요 초점입니다. 특히 대기와 지구 자기장 위에 있는 것은 태양풍과 적외선, 그리고 지구 표면에 도달할 수 없는 자외선에 대한 접근을 가능하게 합니다. 태양은 대부분의 우주 기상을 발생시켜 지구상의 발전이나 송전 시스템에 영향을 주어 위성이나 우주 탐사기를 방해하거나 파괴할 가능성이 있습니다. 아폴로 망원경 마운트에서 시작하여 태양을 관측하기 위한 많은 우주선이 발사되었고, 다른 우주선들은 이차적인 목적으로 태양 관측을 실시하고 있습니다.

 

수성

수성은 여전히 지구상의 행성 중에서 가장 탐사가 적은 행성으로 알려져 있습니다.  2013년 5월 현재 Mariner 10과 Messenger의 미션은 수성을 면밀히 관찰한 유일한 미션입니다. MESSENGER는 1975년 마리너 10이 수행한 관측을 더욱 조사하기 위해 2011년 3월 수성 주변 궤도에 진입했습니다(만셀, 2006b). 2025년 도착 예정인 수성으로의 세 번째 미션인 Bepi Colombo는 두 개의 탐사선을 탑재할 예정입니다. 베피 콜롬보는 일본과 유럽 우주 기관의 공동 미션입니다. Messenger와 Bepi Colombo는 과학자들이 Mariner 10의 플라이바이에 의해 발견된 많은 수수께끼를 이해하는 데 도움이 되는 보완적인 데이터를 수집하는 것을 목적으로 합니다.

태양계 내 다른 행성으로의 비행은 에너지 비용으로 이루어지는데, 이는 우주선 속도의 순 변화 또는 델타-v에 의해 설명됩니다. 수성에 도달하기 위한 델타-v가 비교적 높고 태양에 근접해 탐사가 어렵고 주변 궤도가 다소 불안정합니다.

금성

금성은 행성간 비행과 착륙 임무의 첫 번째 표적으로 다루어져 왔으며, 태양계에서 가장 적대적인 지표 환경 중 하나임에도 불구하고 태양계의 어떤 행성보다도 많이 (거의 모든 것이 소련에서)파견되어 왔습니다. 첫 번째 프라이바이는 1961년 베네라 1호였지만 1962년 마리너 2호는 데이터를 정상적으로 반환한 최초의 프라이바이였습니다. Mariner 2는 다른 몇몇 우주 기관에 의해 종종 금성 플라이바이를 사용하여 다른 천체로의 경로에 중력 어시스트를 제공하는 미션의 일부로 팔로우되고 있습니다. 1967년 베네라 4호는 금성 대기권에 직접 돌입한 최초의 탐사선이 되었습니다. 1970년 베네라 7호는 금성 표면에 도달한 최초의 성공적인 착륙선이 되었고 1985년까지 8척의 성공적인 소련 금성 착륙선이 이미지 등 직접적인 표면 데이터를 제공했습니다. 1975년 소련 탐사선 베네라 9호와 함께 시작되어 약 10회의 탐사 미션이 금성에 보내졌습니다. 그 중에는 레이더를 사용하여 금성 표면을 지도화하여 대기권을 통과할 수 있었던 미션도 포함되어 있습니다.

 

 

지구

TIROS-1에 의해 촬영된 우주로부터의 지구의 최초의 텔레비전 화상(1960년)입니다.
우주 탐사는 지구를 천체로 이해하기 위한 도구로 사용되어 왔습니다. 궤도 미션은 순전히 지상 기반 기준점에서 구하기 어렵거나 불가능한 데이터를 지구에 제공할 수 있습니다.

예를 들어 반 앨런 방사대의 존재는 미국 최초의 인공위성 익스플로러 1에 의해 발견되기 전까지 알려지지 않았습니다. 이 벨트들에는 지구 자기장에 의해 갇힌 방사선이 포함되어 있어 현재 1000km 이상의 거주 가능한 우주 정거장을 건설하는 것은 현실적이지 않습니다. 이 초기의 예기치 못한 발견에 이어 우주적인 관점에서 지구를 탐사하기 위해 대량의 지구 관측 위성이 배치되었습니다. 이 위성들은 지구에 기반한 다양한 현상의 이해에 크게 기여하고 있습니다. 예를 들어 오존층 구멍은 지구 대기를 탐사하고 있는 인공위성에 의해 발견되었고, 인공위성은 다른 방법으로 특정하기 어렵거나 불가능한 고고학적 장소나 지질학적 형성물을 발견할 수 있게 되었습니다.

 

달

달은 우주 탐사의 대상이 된 최초의 천체였습니다. 우주선에 의해 날아가 궤도에 올려져 착륙한 최초의 원격 천체이자 인간이 방문한 유일한 원격 천체라는 특징을 가지고 있습니다.

1959년 소련은 달 뒷면의 첫 번째 이미지를 손에 넣었지만 지금까지 인간에게서는 볼 수 없었던 것이었습니다. 미국의 달 탐사는 1962년 레인저 4의 임팩터에서 시작되었습니다. 1966년부터 소련은 달 표면에서 직접 데이터를 얻을 수 있었던 많은 착륙선을 달 표면에 배치하는 데 성공했고 불과 4개월 후 서베이어 1호는 일련의 미국 착륙선의 성공을 기념했습니다. 소련의 무인 미션은 1970년대 초 르노 쿼드 계획으로 최고조에 달했는데, 여기에는 최초의 무인 탐사기가 포함돼 달 표면 토양 샘플을 지구로 보내 연구하는 데도 성공했습니다. 이것은, 지구 이외의 토양 샘플의 지구에의 (그리고 현재까지 유일한) 자동 귀환을 의미합니다. 달 무인 탐사는 여러 나라가 정기적으로 달 궤도 장치를 배치하고 있으며, 2008년 인도의 문 임팩트프 로브와 2023년 인도의 찬드라얀 3호가 달 남극에 착륙한 최초의 우주선이 되었습니다.

크루에 의한 달 탐사는 1968년 아폴로 8호의 미션으로 시작되어 인류가 처음으로 달을 돌았습니다. 1969년 아폴로 11호 미션은 인류가 처음으로 다른 세계에 발을 들여놓았음을 의미합니다. 달 탐사는 오래가지 않았어요. 1972년 아폴로 17호의 미션은 6번째 착륙이자 인류에게 가장 최근의 방문이었습니다. 아르테미스 2호는 2024년에 달 표면 비행을 완료할 예정입니다. 로봇 미션은 여전히 정력적으로 추진되고 있습니다.

 

화성

화성 탐사는 소련(후의 러시아), 미국, 유럽, 일본, 인도의 우주 탐사 프로그램의 중요한 일부였습니다. 1960년대 이후 궤도 비행기, 착륙선, 로버 등 수십 대의 로봇 우주선이 화성을 향해 발사되었습니다. 이 미션들은 현재 상황에 대한 데이터를 수집하고 화성 역사에 관한 질문에 답하는 것을 목적으로 했습니다. 과학계가 제기한 문제는 레드플래닛을 보다 잘 이해할 뿐만 아니라 지구의 과거와 가능한 미래에 대한 더 많은 통찰을 가져올 것으로 기대되고 있습니다.

화성 탐사는 상당한 재정적 비용을 들이고 있으며, 화성으로 향하는 우주선의 약 3분의 2가 미션을 완료하기 전에 실패했고, 몇몇은 착수하기 전에 실패했습니다. 이러한 높은 고장률은 행성 간 이동에 따른 복잡성과 많은 변수에 기인할 수 있으며, 연구자들은 화성 탐사선 식사에서 생존하는 그레이트 갤럭틱 구르에 대해 농담조로 말하게 되었습니다. 이 현상은 비공식적으로 '화성의 저주'라고도 불립니다. 화성 탐사의 전체적인 실패율이 높은 반면 인도는 첫 시도를 성공시킨 나라가 되었습니다. 인도의 화성탐사기 미션(MOM)은 지금까지 수행된 가장 저렴한 행성간 미션 중 하나로 총 비용은 약 450크로레(7300만 달러)다.아랍 국가들의 화성으로의 첫 번째 미션은 아랍에미리트가 차지했습니다. 에미레이트 마스 미션이라고 불리며 2020년에 발사를 예정하고 있습니다. 이 무인 탐사기는 '홉 로브'로 명명되어 화성으로 보내져 그 대기를 자세히 연구할 예정입니다.

 

소행성

우주여행이 등장하기 전까지는 소행성대 물체는 최대 망원경조차 빛의 핀포인트에 불과했지만 그 형상이나 지형은 여전히 수수께끼로 남아있습니다. 현재 몇몇 소행성이 탐사선에 의해 방문되고 있으며, 최초의 소행성은 갈릴레오였으며 1991년에는 951 가스플라를 지나 1993년에는 243 아이다를 지나갔습니다. 이들은 둘 다 갈릴레오가 목성까지의 계획한 궤도에 충분히 가까워 허용 가능한 비용으로 방문할 수 있었습니다. 소행성 최초 착륙은 2000년 NEAR Shoemaker 탐사선에 의해 이루어졌으며 천체 433 Eros 궤도 조사가 이루어졌습니다. 왜소행성 세레스와 3대소행성 중 2개인 소행성 4베스타는 2007년 발사된 NASA의 돈 우주선에 의해 방문 되었습니다.

하야부사는 우주항공연구개발기구에 의해 개발된 로봇 우주선으로 지구 근방 소행성 25143 '이토카와'의 물질 샘플을 지구에 반납하고 추가 분석을 실시했습니다. 하야부사는 2003년 5월 9일에 발사되어 2005년 9월 중순에 이토카와와 재회했습니다. 이토이가와에 도착한 후 하야부사는 소행성의 형상, 스핀, 지형, 색상, 조성, 밀도 및 역사를 연구했습니다. 2005년 11월 시료 채취를 위해 소행성에 두 번 착륙했습니다. 우주선은 2010년 6월 13일에 지구로 귀환했습니다.

목성

투팡 파테라 온이오
목성 탐사는 1973년 이래 NASA의 자동 우주선이 이 행성을 방문하고 있습니다. 미션의 대부분은 '플라이바이'이며, 개척자나 보이저 프로그램 등과 같이 탐사선 착륙이나 궤도 진입 없이 상세한 관측이 이루어집니다. 갈릴레오 우주선과 주노 우주선은 이 행성의 궤도에 진입한 유일한 우주선입니다. 목성은 비교적 작은 바위 코어밖에 없고 실제 고체 표면이 없는 것으로 여겨지기 때문에 착륙 미션은 회피되고 있습니다.

지구에서 목성에 도달하려면 9.2km/s의 델타-v가 필요하며, 이는 낮은 지구 궤도에 도달하는 데 필요한 9.7km/s의 델타-v와 동등합니다. 다행히 행성의 플라이바이를 통한 중력 어시스트는 목성에 도달하는 데 필요한 에너지를 줄이기 위해 사용할 수 있지만 비행 시간은 상당히 길어집니다.

목성에는 95개의 알려진 위성이 있으며, 그 중 대부분은 그것들에 대한 정보를 거의 가지고 있지 않습니다.