소련의 화성탐사 계획

화성탐사 계획(Mars probe program)은 1960년대부터 1970년대까지 소련의 우주계획의 일환으로 진행된 소련에 의한 화성 무인탐사 프로그램이다.

1세대 - 마르스닉 계획

마르스 1호 우표. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Soviet_Union-1964-Stamp-0.06._Mars_1.jpg#mw-jump-to-license

소련의 화성에 탐사선을 보내는 것을 목적으로 한 최초의 계획인 마르스닉 계획에서 650kg의 무게를 가진 2대의 탐사선을 1960년에 발사했으나 실패했다.

2세대 - 마르스 3MV-4A 계획

마르스 1호는 1962년 발사되었지만, 화성으로 가는 도중에 실패했다. 이 무렵 소련은 마르스 1962A와 마르스 1962B라는 두 대의 우주선을 쏘아 올렸다. 두 대 모두 마르스 3MV-4A라는 900kg의 기체를 바탕으로 한 것이었지만 모두 지구 궤도를 빠져나갈 수 없었다. 1964년 존드 1964A와 존드 2호를 발사했지만 또다시 화성으로 가는 도중에 실패로 끝났다.

3세대

1969년에는 마르스 1969A와 마르스 1969B를 발사했지만 모두 실패했고 1971년부터 1973년까지는 그것과 비슷한 마르스 2호~마르스 7호를 쏘아 올렸다. 1971년에 발사한 마르스 1971C는 약 5톤 중량의 신형 디자인이어서 발사에는 프로톤 로켓을 필요로 했다. 궤도탐사선과 착륙탐사선을 화성에 보내도록 설계되어 있었다. 궤도탐사선의 디자인은 나중에 금성을 목적으로 한 베네라 계획에서 사용된 것과 같은 것이었다. 1975년 이후의 베네라 계획은 상당히 개선되었지만, 이 시기의 탐사기의 디자인은 미숙한 것이었다. 탐사선의 하드웨어 신뢰성의 문제는 소련의 1960년대 후반부터 1970년대 초기의 계획에서 항상 따라다니며 있었지만, 1970년대 중반에 새로운 것을 만드는 정책에서 기존의 것을 개선하는 방침으로 전환하면서 크게 개선되었다.

◆ M-69 계획 - 마르스 1969A, 마르스 1969B
M-71 계획 - 마르스 1971C, 마르스 2호, 마르스 3호
마르스 2호와 마르스 3호의 임무는 동일한 우주선을 이용하여 이루어졌고 궤도탐사선과 착륙탐사선을 갖추고 있었다. 이것은 화성 표면에 도달한 최초의 인공물이 되었다. 1971년 5월 1일의 코스모스 419호(마르스 1971C)는 발사에 실패했다.

M-71 계획의 3번째 탐사는 미국의 마리너 8호(실패), 마리너 9호(성공)에 맞서 화성의 첫 인공위성이 되는 것을 목적으로 한 것으로, 궤도탐사선만 운반했다. 과학적인 목적으로는 주로 화성의 표면과 구름을 촬영, 화성의 온도를 결정, 표면의 지질 조성, 물리적 성질을 연구하는 대기의 특성을 측정, 태양풍이나 행성 간 및 화성 자기장을 관측, 착륙기에서 신호를 지구로 중계하는 것 등이었다. 마르스 2호와 마르스 3호는 Tyazheliy Sputnik으로 발사되었다.

마르스 2호 우표. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:1972_CPA_4113.jpg#mw-jump-to-license

▽ 마르스 2호
발사 날짜
· 1971년 5월 19일 16:22:44 (UTC)
발사시 무게(연료 포함)
· 총 : 4650kg
· 궤도탐사선 : 3440kg
· 착륙선 : 1210kg
궤도상 건조중량 : 2265kg
모양 : 높이 4.1m, 폭 2m (태양전지판을 펼치면 5.9m)

마르스 2호는 1971년 11월 27일 화성에 도착 4시간 전에 하강모듈을 분리했다. 하강모듈은 약 6.0km/s의 속도로 계획보다 예각으로 화성의 대기권에 돌입했다. 하강시스템이 고장나 착륙기는 45°S, 302°W의 지점에 충돌하였고 화성의 표면에 소련의 국장을 남겼다. 그동안 궤도탐사선은 엔진을 재점화하여 화성으로부터 1380x24,940km의 거리를 궤도경사각 48.9°, 궤도주기 18시간으로 공전하는 궤도에 올랐다. 원점에 머무는 30분 동안 과학장비의 전원이 켜졌다.

▽ 마르스 3호
발사 날짜
· 1971 년 5월 28일 15:26:30 (UTC)
발사시 무게(연료 포함)
· 총 : 4650kg
· 궤도 탐사선 : 3440kg
· 착륙선 : 1210kg
궤도상 건조중량 : 2265kg
모양 : 높이 4.1m, 폭 2m (태양 전지판을 펼치면 5.9m)

마르스 3호의 하강모듈은 1971년 12월 2일 09:14(UTC) 화성에 도달하는 4시간 35분 전에 분리되었다. 하강모듈은 약 5.7km/s의 속도로 화성 대기권에 돌입했다. 지상탐사선은 공력브레이크, 낙하산, 역추진 로켓에 의해 45°S, 158°W 지점에 연착륙하였고 탐사를 시작했다. 그러나 20초 후 원인불명의 고장으로 장비가 멈춰버렸다. 아마 착륙시 심한 모래폭풍의 영향으로 추정된다. 마르스 3호의 착륙탐사기는 화성 표면의 첫 사진을 지구로 보내왔다. 그동안 궤도탐사선은 연료의 일부를 잃어 계획된 주기인 25시간의 궤도를 유지할 수 없게 되었다. 따라서 엔진을 사용하여 마르스 2호와 같은 궤도경사각 48.9°의 주기인 12일 19시간의 궤도까지 기체를 끌어올렸다.

두 지상탐사선은 작은 로버를 탑재하고 있어 지상탐사선으로부터 15m의 범위를 스키로 이동할 수 있었다. 지구에서의 무선에 의한 원격제어로 조작하려면 너무 멀기 때문에 자동으로 장애물 회피를 위해 2개의 금속 막대기가 사용되었다. 두 로버는 토양의 밀도와 지압 강도를 시험하기 위해 밀도계와 동적투과도계를 갖추고 있었다. 그 후 로버는 착륙탐사선의 고장에 의해 움직이지 못하게 되었다.

마르스 2호와 마르스 3호의 궤도탐사선은 1971년 12월부터 1972년 3월까지 막대한 데이터를 지구로 전송했다. 데이터 전송은 8월까지 계속되었다. 마르스 2호는 화성을 362바퀴, 마르스 3호는 20바퀴 돈 1972년 8월 22일 임무를 종료한 것으로 발표되었다. 총 60장의 사진을 보내왔고 이 이미지와 데이터로 표면의 입체지도가 작성되어 화성의 중력과 자기장에 관한 지식을 얻을 수 있었다.

◆ M-73 계획 - 마르스 4호, 5호, 6호, 7호
1973년 7월부터 8월까지 소련은 마르스 4호부터 7호까지의 탐사선을 M-73 계획의 일환으로 발사했다. 이 해는 지구에서 화성으로의 비행과정이 효율적이지 않은 시기였기 때문에 1971년과 같은 질량의 탐사선을 화성궤도에 투입할 수 없었다. 대책으로 탐사선을 경량화할 필요가 생겼다. 이전 계획에서는 1대의 탐사선이 궤도상에서의 탐사 및 착륙기 투하를 할 수 있었지만, 이번에는 2종류의 탐사선으로 역할을 분담했다.

마르스 4호와 5호는 화성궤도 위에서 화성의 대기와 지표의 조성, 구조, 특성에 대한 데이터를 전송했다. 궤도상에서의 관측전용으로 한정하고 하강모듈을 탑재하지 않음으로써 질량을 제한 내에 담았다.

마르스 6호와 7호는 하강모듈을 갖추고 있었지만, 대신 화성궤도 투입에 필요한 연료를 탑재하지 않았다. 착륙선을 분리한 모선은 화성의 중력권을 지나 태양궤도에 들어갔다. 착륙기 통신은 4호와 5호에서 중계할 계획이었다.

발사에는 모두 프로톤 SL-12 / D-1-e를 사용하였다.

▽ 마르스 4호
발사 날짜
· 1973년 7월 21일 19:30:59(UTC)
궤도상 무게
· 건조 중량 : 2270kg
· 연료 포함 무게 : 3440kg

마르스 4호는 1974년 2월 10일에 화성에 도달했다. 집적회로의 고장으로 역추진 로켓을 기동하지 않았기 때문에, 마르스 4호는 화성궤도에 진입하지 못하고 화성에서 2200km의 거리를 통과하게 되었다. 원래 목적은 이루지 못했지만, 화성 통과시에 촬영한 일련의 사진과 화성의 태양으로부터 반대 측의 전리층에서의 첫 검출 데이터인 전파차폐의 데이터를 지구로 전송했다. 플라이바이 후에는 태양궤도에서 행성 사이의 관측데이터를 전송했다.

▽ 마르스 5호
발사 날짜
· 1973년 7월 25일 18:55:48(UTC)
궤도상 무게
· 건조 중량 : 2270kg
· 연료 포함 무게 : 3440kg

마르스 5호는 1974년 2월 12일 15:45(UTC)에 화성에 도착하여 고도 32555km, 궤도경사각 35.3°, 주기 24시간 53분의 타원궤도에 투입되었다. 행성의 자전과 거의 동기한 궤도를 돌면서 두 대의 광학 텔레비전 카메라로 12장의 접근사진을 촬영했다. 'Vega'카메라는 컬러필터를 갖춘 52mm의 렌즈를, 'Zulfar'카메라는 오렌지 필터를 갖춘 350mm의 망원렌즈를 갖추고 있었다. 이미지는 220선 모드로 전송되었고, 그 중 선택된 이미지는 880선 또는 1760선의 해상도로 다시 전송되었다. 마르스 5호는 중계기의 가압상태가 손실될 때까지인 22주 동안 데이터의 수집을 실시했다. 9일 동안 5°N, 330°W ~ 20°S, 130°W의 범위에 위치한 매리너스 협곡 남부의 사진 60장을 전송했다.

taken by the High Resolution Stereo Camera (HRSC) on board ESA's Mars Express spacecraft. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Close-up_of_the_southern_part_of_Valles_Marineris_ESA210279.jpg

▽ 마르스 6호
마르스 6호는 1973년 8월 5일에 무사히 발사되어 프로톤 로켓으로 우주대기궤도에 진입 후 화성천이궤도에 들어갔다. 연료를 포함한 총 무게는 3260kg로 1974년 3월 12일에 화성에 도착했다. 하강모듈은 화성으로부터 4만 8000km 거리에서 분리되었다. 모선은 1600km 거리를 지나간 후 태양궤도에 들어갔다. 하강모듈은 09:05:53(UTC)에 5.6km/s의 속도로 대기권에 돌입했고 공력브레이크로 600m/s까지 감속한 후 09 : 08 : 32(UTC)에 낙하산을 펼쳤다. 그동안 탐사선은 정보를 수집하여 지구로 전송했다. 하강모듈과의 통신은 지표에 접근한 09:11:05(UTC)에 일단 두절되었는데, 이 때 역추진 로켓을 점화했거나 61m/s의 속도로 지상과 충돌했다고 추정된다. 마르스 6호는 23.90°S, 19.42°W인 Margaritifer 대륙이라는 영역에 착륙했다. 착륙시의 질량은 635kg였다. 하강모듈은 통신이 두절
될 때까지 224초 동안 데이터를 전송했지만, 집적회로의 고장으로 데이터 대부분은 판독할 수 없었다.

▽ 마르스 7호
마르스 7호는 1973년 8월 9일에 무사히 발사되어 프로톤 로켓으로 우주대기궤도에 진입 후 화성천이궤도에 들어갔다. 연료를 포함한 총 무게는 3260kg로 1974년 3월 9일에 화성에 도착했다. 계획된 착륙지점은 50°S, 28°W이었지만, 고도제어 장치 또는 역추진 로켓의 고장으로 착륙선은 예정보다 이른 4시간 전에 분리되었다. 그 결과, 착륙선은 화성에서 벗어나 1300km의 거리를 통과했다. 모선과 착륙선은 모두 태양궤도에 들어갔다.

화성의 올림푸스 산

중단된 미션

마르스 4NM 와 마르스 5NM을 1973년에 발사하기로 1970년에 계획되었다. 또한 N-1 로켓을 이용한 화성샘플리턴 계획이 1975년에 계획되었으나 실현되지 않았다.

이후의 미션

◆ 포보스 계획

▽ 포보스 탐사선
화성과 그 위성 포보스를 조사하기 위해 2대의 탐사선이 1988년에 발사되었다. 포보스 1호는 잘못된 명령에 의해 고장났다. 포보스 2호는 데이터를 수집하고 화성과 포보스의 사진을 지구로 전송했지만 포보스에 착륙하기 전에 교신이 끊겼다.

Phobos Marte. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Phobos_Marte.jpg#mw-jump-to-license

▽ 마르스 96
마르스 96은 1996년 러시아에 의해 발사되었지만 발사 로켓의 고장으로 인해 화성으로 향하는 궤도에 오르지 못하고 지구에 추락했다. 탐사기의 디자인은 포보스 계획을 기본으로 하고 있었다. 마르스라는 이름이 붙지만 소련의 일련의 마르스 계획과는 직접적 관계는 없다. 마르스 96에서 예정되어 있던 관측의 일부는 2003년에 유럽우주국이 발사한 마르스 익스프레스가 실현했다.

▽ 포보스 그룬트
포보스 그룬트는 화성과 포보스를 관측하고 포보스의 암석을 회수해 지구로 귀환하는 것을 목표로 했다. 2012년에 발사했지만 발사 로켓의 고장으로 인해 실패했다.

화성의 해돋이

출처 참조 번역
· Wikipedia
· マルス計画
https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%83%AB%E3%82%B9%E8%A8%88%E7%94%BB