비너스의 분위기를 집으로 가져오려는 거친 계획

최근 우주 뉴스를 팔로우했다면 화성 암석 샘플을 수집하여 연구를 위해 지구로 가져오려는 NASA의 야심찬 계획인 Mars Sample Return에 대해 들어보셨을 것입니다. 그 임무는 이번 10년 후반에 시작될 예정이지만 샘플을 수집하고 검색하는 데는 수년이 걸리고 비용이 많이 드는 프로세스가 될 것입니다.

그러나 화성은 방문할 수 있는 유일한 행성이 아닙니다. 우리의 다른 행성인 금성으로 건너뛰어 그곳에서도 샘플을 수집하는 것은 어떨까요?

그것이 금성 연구원 그룹이 제안한 것입니다. 자세한 내용을 알아보기 위해 제안 그룹의 리더와 이야기를 나눴습니다.

시대가 온 오래된 아이디어

과학자들은 1980년대까지 거슬러 올라가 임무 개념을 연구하면서 수십 년 동안 금성에서 샘플을 채취하려는 시도의 장점에 대해 논의해 왔습니다. 화성은 최근 몇 년 동안 가장 주목을 받은 행성이지만 행성 과학에 대한 관심이 높습니다. 금성에 대해 더 많이 배울 수 있는 커뮤니티 - 특히 태양계 밖의 다른 행성에 대해 더 많이 이해하는 데 도움이 될 수 있기 때문입니다. 체계.

이제 NASA가 비너스의 10년 유럽 ​​우주국 임무와 함께 그곳을 방문하기로 설정된 한 쌍의 임무가 모두 향후 10년 동안 예정되어 있습니다.

이전 금성 샘플 미션은 다음과 같은 몇 가지 이유로 시작되지 않았습니다. 비너스, 그러한 복잡한 작업을 가능하게 하는 기술의 부족, 그리고 본질적인 불친절함 금성. 금성은 뜨겁고 매우 밀도가 높은 대기로 인해 전자 장치가 작동하기에는 매우 가혹한 환경을 만듭니다.

금성으로 날아가서 표면으로 탐사선을 보내고 샘플을 수집하고 그 샘플을 다시 궤도에 올린 다음 그런 다음 그것을 지구로 되돌려 보내는 것은 엄청나게 비싸고 상당한 기술이 필요할 것입니다. 개발.

그렇기 때문에 프랑스 연구원 그룹은 다른 접근 방식을 사용합니다. 금성의 표면 조각을 수집하는 대신 대기의 일부를 포착하려고 노력해야 합니다. Venus Atmospheric Sample Return 임무 또는 VATMOS-SR은 파리 행성 물리학 연구소의 한 그룹이 그들의 아이디어를 지지하기 위해 노력하는 임무 개념입니다.

이 접근 방식의 가장 큰 장점은 상대적 단순성입니다. 표면에 아무것도 착륙하거나 궤도로 돌아갈 필요가 없습니다. 대신 지구에서 멀리 금성으로 가는 길에 우주선 하나를 보낼 수 있습니다. 그곳에서 우주선은 대기권에 진입하여 약 4리터의 가스로 병을 채울 것입니다. 그런 다음 지구로 바로 다시 여행을 계속할 것입니다.

우주선에는 장비가 없으며 판독 값이 없습니다. 그것은 단지 수집 차량 일 것입니다. 따라서 더 안전하고 쉽고 저렴하게 만들 수 있다고 수석 연구원인 Guillaume Avice는 Digital Trends에 설명했습니다.

Avice는 "탄도 궤적을 따라 대기를 훑어보는 것뿐입니다."라고 말했습니다. "따라서 그곳에 가서 샘플을 채취하고 지구로 돌아가는 데 1년이면 됩니다."

장기적 계획

오늘날 행성 과학 임무에는 일반적으로 기기(예: 화성 로버에 있는 기기)를 특정 위치로 보내고 측정을 수행하는 것이 포함됩니다. 이 접근법은 자료를 수집하고 조사할 수 있는 훨씬 더 유능하고 다양한 도구가 있는 지구로 가져오는 것을 옹호합니다.

그리고 다른 행성에서 온 귀중한 샘플을 사용하면 조금은 먼 길을 갈 수 있습니다. 몇 리터의 가스 샘플은 과학자들을 몇 년 동안 바쁘게 만들 수 있습니다.

Avice는 "정말 멋진 점은 많은 가스를 얻고 측정할 수 있다는 것입니다. 영원히가 아니라 지구상에서 오랫동안 측정할 수 있습니다."라고 설명했습니다. “생각해 보면 그 샘플의 일부를 보존할 수 있습니다. 아마도 10년 안에 우리는 이 샘플에 유용한 새로운 분광계를 지구에 갖게 될 것입니다.”

미래에 대한 이러한 계획은 NASA가 달에 대한 아폴로 임무 중에 수집된 달 샘플에 어떻게 접근했는지 볼 때 의미가 있습니다. 일부 샘플은 지구로 반환되자마자 분석되었지만 다른 샘플은 미래 기술을 통해 새로운 깊이에서 분석할 수 있다는 근거로 보관되었습니다. 그리고 이러한 장기적인 접근 방식은 50년 된 샘플을 통해 성과를 거두었습니다. 작년에 개봉한 달의 지질과 역사에 대한 정보를 공개합니다.

금성 대기의 유사한 샘플을 채취할 수 있다면 많은 양을 장기간 저장할 수 있습니다. 그리고 연구자들은 가스 샘플의 원자 몇 개만으로도 이익을 얻을 수 있으므로 몇 리터의 샘플이면 전체 금성 커뮤니티에 연구 자료를 제공하기에 충분할 것입니다.

다빈치(Davinci)라는 금성으로의 다가오는 임무는 유사한 대기 측정을 할 계획이지만 이 경우에는 실시간 위기가 있습니다. 임무는 샘플 구체를 대기에 떨어뜨리는 것이므로 단 1시간 이내에 샘플을 채취하고 처리해야 합니다.

이로 인해 지난 수십 년 동안의 이전 금성 임무에 문제가 발생하여 잘못된 보정이나 통풍구 막힘으로 인해 결과가 왜곡될 수 있습니다. 엔지니어는 샘플링과 관련하여 가능한 모든 문제를 예상하기 위해 최선을 다하지만 미션이 들어가는 환경에 대해 알려지지 않은 것이 너무 많을 때는 그렇게 하기가 어렵습니다.

그러나 샘플을 지구로 가져오면 기기를 보정하고 결과를 다시 확인하여 결과를 더 신뢰할 수 있는 시간이 충분합니다.

매우 빠른 속도로 샘플을 채취하는 데는 약간의 복잡성이 있습니다. 샘플을 너무 빨리 수집하면 샘플을 여러 부분으로 나눌 수 있는 분획이라는 프로세스가 발생하지만 이를 수정할 수 있어야 합니다.

대기 샘플링 임무의 작동 방식

하지만 이전에 금성 샘플 반환 임무를 시도한 사람이 아무도 없는 데에는 그만한 이유가 있습니다. 쉽지 않기 때문입니다.

금성 샘플 반환 임무와 명백한 유사점은 화성 샘플 반환 임무가 될 것입니다. NASA와 유럽우주국(ESA)이 오는 2019년 말 출범할 예정인 합작 투자 프로젝트다. 2020년대. 화성에서 샘플을 수집하려는 이 계획에는 여러 대의 로버, 착륙선 또는 헬리콥터가 포함되며 수십 년 동안 진행되고 있으며 열렬한 화성 열광자들도 우려하는 예산이 급증하고 있습니다.

그리고 금성은 두꺼운 대기, 황산 구름, 바다 깊이에 필적하는 압력으로 인해 화성보다 훨씬 더 열악합니다. Avice는 금성 표면에서 샘플을 반환하려는 시도는 "악몽"이 될 것이며 "아마도 화성보다 훨씬 더 비쌀 것"이라고 말했습니다.

Avice의 그룹이 대신 행성의 대기에서 샘플을 퍼낼 것을 제안하는 이유입니다. "매우 저렴합니다."라고 그는 상대적으로 말했습니다. 그룹은 그러한 임무의 비용을 1억 유로(1억 1천만 달러)로 추정합니다. 현재 추정치 80억~90억 달러 화성 샘플 반환을 위해.

그러나 대기 샘플의 상대적 용이성에도 불구하고 대기의 오래된 부분은 적합하지 않습니다. 매우 높은 고도에서는 대기가 매우 희박하며 일부 분자는 중력에 의해 분리됩니다. 따라서 대표 샘플을 얻으려면 대기가 존재하는 모든 다른 분자를 포함할 수 있을 만큼 충분히 잘 혼합된 동종계면이라는 수준 아래로 내려갈 필요가 있습니다.

금성에서 동종계면은 지표면에서 약 110km(70마일) 떨어져 있으므로 임무는 그 수준 아래에 도달해야 합니다. 하지만 더 깊이 들어갈수록 미션이 더 어려워집니다. Avice는 "따라서 목표는 약간의 안전 여유가 있는 동종정지 바로 아래에 있는 것"이라고 말했습니다. "우리가 더 깊이 들어가면 훨씬 더 어렵고 비용이 많이 듭니다."

도전

그러나 행성의 대기권을 통과하는 것조차 어렵습니다. 한 가지 큰 과제는 대기의 마찰로 인해 축적되는 엄청난 열로부터 우주선을 안전하게 유지하는 문제입니다.

화성과 같은 다른 행성을 방문하거나 우주선이 돌아오는 등 행성의 대기권에 들어갈 우주선 우리 행성의 대기를 통해 지구로 - 내부의 섬세한 구성 요소를 매우 높은 곳에서 보호하는 두꺼운 열 차폐 장치가 있습니다. 온도.

예를 들어, 화성에 로버를 배달하려면 로버를 방열판으로 감싼 다음 전체를 봉인해야 합니다. 로버와 방열판, 스러스터 및 기타 우주선 부품과 함께 발사를 위해 로켓의 노즈콘으로 들어갑니다. 일단 우주에 도착하면 우주선이 배치되어 화성으로 이동한 다음 대기권을 통과하여 착륙할 때 방열판이 탐사선을 보호합니다.

그러나 대기 샘플 임무의 경우 금성에서 샘플링하는 동안과 샘플을 지구로 반환할 때 두 번 작동하려면 하나의 열 실드가 필요합니다. 현재의 방열판 기술이 그러한 두 번의 노출을 통해 우주선을 보호하는 작업을 수행할 수 있는지는 확실하지 않습니다.

Avice는 방열판을 두 번 작동시키는 것은 "우리가 실제로 어떻게 해야할지 모르는 일"이라고 말했습니다. 가능하다면 작동하려면 수년간의 개발이 필요할 수 있습니다.

샘플이 지구로 돌아온 후 처리 방법

또 다른 도전은 놀라운 것입니다. 샘플을 수집하는 것이 어려운 부분이라고 생각할 수 있으며 지구로 돌아오면 분석하는 것이 쉬울 것입니다. 그러나 가스 샘플을 가지고 작업하는 것은 생각보다 어렵다는 것이 밝혀졌습니다.

금성의 대기는 휘발성 물질이라고 하는 쉽게 증발하는 물질로 가득 차 있습니다. 여기에는 질소, 수소, 탄소 및 황을 포함한 희가스 및 화합물이 포함됩니다. 이것들을 연구하는 것은 금성의 대기를 이해하는 데 중요하지만 운반하거나 연구하기가 쉽지 않습니다.

샘플 병에 휘발성 물질을 적절하게 포획하려면 매우 우수한 밸브가 필요합니다. 샘플이 빠져나가 지구 대기와 같은 다른 환경의 가스가 누출되지 않도록 합니다. 이것은 소행성에서 샘플을 반환하는 데 성공했지만 경험을 한 Hayabusa2 미션의 문제였습니다. 지구 대기의 누출 지구로 귀환하는 동안 낙하산 전개의 충격으로 인해 발생했을 가능성이 높습니다.

샘플이 전혀 새지 않고 완전히 깨끗한 상태로 지구로 돌아오더라도 샘플을 병에서 더 안전한 용기로 옮기려면 여전히 빠르게 움직여야 합니다. 가장 조여진 밸브도 몇 달이 지나면 조금씩 누출되기 때문에 여러 개의 시스템이 필요합니다. 샘플에서 누출되는 모든 것을 캡처하고 최대한 많이 보존할 수 있는 용기 가능한.

연구원들이 개발 중 가스 추출 및 분석을 위한 진공 시스템, 그것들을 포함하여 Hayabusa2 샘플에 사용됨, 그러나 이것은 대기 샘플 반환 임무가 완전히 효과적이기 위해 개발되어야 하는 새로운 기술 영역입니다.

행성 과학의 미래: 현장 대 샘플 반환

대기 샘플링 임무는 여전히 개념 단계에 있으며 그룹은 유럽 우주국 또는 아마도 NASA에 대한 다음 제안서에서 채택되기를 바라고 있습니다.

야심 찬 계획이지만 몇 년 전처럼 기발한 개념은 아닙니다. Avice는 "수십년 전에는 샘플 반환이 꿈에 불과했고 심각하지 않았습니다."라고 말했습니다. Hayabusa2와 같은 임무와 Mars Sample Return과 같은 다가오는 임무에서 실제 가능성이 되고 있습니다.

그리고 가능한 궤적으로 인해 샘플 반환이 상대적으로 빠르고 저렴하게 수행될 수 있음을 보여줄 가능성이 있습니다. 지구와 금성 사이에 있고 우주선이 속도를 늦추고 표면에 도달한 다음 궤도로 돌아가기 전에 궤도로 돌아올 필요가 없기 때문입니다. 지구.

임무는 잠재적으로 앞뒤로 빠르게 채찍질하여 1년 이내에 샘플을 반환할 수 있습니다.

Avice는 "정말 멋진 점은 화성에서 샘플을 얻기 전에 금성 대기 샘플을 얻을 수 있다는 것입니다."라고 말했습니다. "그래서 그것은 다른 행성에서 온 첫 번째 샘플이 될 것입니다."

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