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최초의 화성 여행, 도전은 계속된다


ebet2019-09-18      글|본지 종합보도

2020년 7월 23일 12시 41분, 하이난 원창우주발사센터에서 중국 첫 화성탐사선 ‘톈원 1호’가 창정 5호 야오쓰 운반로켓에 탑재돼 발사됐다. 2000여 초를 비행한 뒤 탐사선은 예상 궤도에 안착해 화성 탐사 여정을 정식 시작하며 중국의 독자적인 행성 탐사에 첫 발을 내딛였다. 사진/ 궈원빈(郭文彬)

2020년 8월 2일 7시 정각, ‘톈원(天問) 1호’ 탐사선이 엔진 작동 20초만에 1차 궤도 수정을 순조롭게 마쳤다. 이후 화성을 향해 계속 비행하고 있다. 이런 궤도 수정은 앞으로 7개월 동안 계속 진행된다.
 
‘톈원 1호’는 중국에서 처음 발사한 화성탐사선으로, 궤도선 1대와 로버를 실은 착륙선으로 구성되어 있다. 7월 23일, 하이난(海南) 원창(文昌)우주발사센터에서 ‘톈원 1호’가  창정(長征) 5호 야오쓰(遥四) 운반로켓에 탑재돼 성공적으로 발사되며 중국 최초의 화성여행을 시작했다. 계획대로라면 ‘톈원 1호’ 탐사선은 약 7개월간의 비행을 거쳐 화성 부근에 도착해 착륙, 순찰 등의 임무를 수행하고 화성에 대한 과학탐사를 할 예정이다.
 
작업 요원들이 발사 전 준비작업을 하고 있다. 사진/ 리캉(李康), 가오제(高傑), 후자카이(胡家锴)

불 붙는 화성 프로젝트
최근 20여 년 동안 거의 ‘발사 윈도(launch window, 발사 가능 시간대)’마다 화성탐사선이 발사됐다. 올해 7월만해도 3개국이 화성 탐사를 실시했다. 사람들은 왜 화성에 각별한 애정을 가지고 있는 것일까? 중국 최초 화성 탐사 프로젝트 뉴스 대변인이자 중국항공우주국 달 탐사 및 우주공학센터 부주임인 류퉁제(劉彤杰)는 이렇게 대답했다. “화성을 연구하는 것은 지구의 변천을 인식하는데 있어서 매우 중요한 의의를 가지고 있다. 기존 탐사에서 물이 존재한다는 증거가 발견됨에 따라 화성에는 생명이 살아갈 여건이 존재하는지, 화성이 지구의 과거인지 혹은 미래인지 등은 화성 연구에 있어서의 중대한 과학문제다.”
 
겅옌(耿言) 중국항공우주국 달 탐사 및 우주공학센터 심우주 탐사 총체부 부장은 태양계에는 8대 행성이 있으며, 화성의 자연조건은 지구와 가장 유사하다고 설명했다. 프로젝트 실행 면에서 볼 때 화성 탐사는 다른 행성 탐사에 비해 쉬운 편이다. 프로젝트 주기로 볼 때에도 화성은 다른 행성보다 지구와 가까운 위치에 있는데, 화성까지의 비행시간은 약 6-10개월이 걸리는 반면, 목성은 7년, 수성까지는 수년이 걸린다.
 
암흑의 7분
중국 최초의 화성 탐사 프로젝트 총설계자인 장룽차오(張榮橋) 원사는 화성 탐사 프로젝트에서 가장 큰 장애물은 먼 거리와 새로운 환경이라고 밝히면서 화성과 지구와의 거리는 4억km로, 지상에서 명령을 보내면 23분이 지나서야 탐사선이 명령을 실행할 수 있는데, 이것이 우리의 계산과 통제에 새로운 난제를 가져왔다고 지적했다.
 
새로운 환경 역시 탐사선 설계에 큰 어려움이 되었다. 장룽차오 원사의 소개에 따르면 탐사선 설계의 논리는 먼저 가고자 하는 곳에 대한 이해에서 시작해 각종 기술과 수단, 조치 등을 통해 탐사선이 새로운 환경에 적응하기를 보장한다. 하지만 심우주 탐사의 특징이 바로 불확실한 환경으로 간다는 점에 있다. 중국은 달에서 연착륙에 성공했지만 화성과 달의 환경은 전혀 달라 탐사선 설계에 큰 어려움을 주었다.
 
중국과 세계의 많은 우주 전문가들은 화성 탐사에 있어 발사, 포획, 분리, 착륙 등을 포함한 키포인트가 많고 모든 단계가 모두 도전이라고 말한다. 그 중 가장 큰 난제는 탐사선이 화성의 대기에 진입한 뒤 착륙하는 과정이다. 지구와 화성은 거리가 멀어 지상에서 실시간으로 통제할 수 없어 탐사선 자체에 맡길 수 밖에 없다. 이 과정은 ‘암흑의 7분’으로 불리며 이 과정에서 여러 화성 탐사선들이 실패한 경우가 있다.
 
장룽차오 원사는 ‘톈원 1호’가 화성 밖 우주에 도달하면 화성 표면에 로버를 탑재한 착륙선을 발사한다고 설명했다. 착륙선은 시속 1만8000km에 달하는 속도로 화성 대기권에 진입해 섭씨 1000도를 달하는 고온을 견디고 낙하산의 도움으로 화성 표면에 착륙하게 된다. 그 후, 로버는 지상관제소의 지시를 받은 뒤 착륙선을 빠져나와 신속하게 자율 운전모드를 실행하고 착륙선과 함께 화성 탐색활동을 시작하게 된다.
 
 
다층적인 탐사
류퉁제 부주임에 따르면 착륙선은 화성 ‘유토피아’ 평원 남부지역에 연착륙을 계획중이다. 실제로 ‘톈원 1호’의 착륙선과 로버가 화성 표면에서 과학활동을 펼칠 때 화성 밖 우주에 있는 ‘톈원 1호’의 궤도선도 먼 거리에서 이 행성을 관측할 것이다. 류퉁제 부주임은 화성 주위를 도는 궤도선에는 과학기기 7대, 착륙선과 로버에는 과학장비 6대가 탑재돼 다각도로 다층적으로 탐사임무를 수행할 수 있다고 소개했다.
 
궤도선과 착륙선, 로버가 전개할 탐사 임무에 관해 중국의 많은 우주 전문가들이 생동적으로 총결한 바가 있다. 우선 사진을 찍고 화성의 모습을 관찰하여 화성에서 사진을 보내오고, 그 다음으로는 물질을 측정하는데, 화성 표면에 어떤 물질이 있는지, 구성 성분이 무엇인지 측정한다. 그 다음으로는 환경을 측정하는데 다양한 측정기구를 통해 화성의 자기장 환경, 이온 및 중성입자, 고에너지 이온 등의 상황을 탐지할 것이다. 마지막으로 내부를 보는데, 화성 지하의 단층구조를 탐지해 물과 얼음의 존재 증거를 찾아볼 것이다. 그 외에 화성의 온도 변화가 어떤지 기상도 연구할 수 있다.
 
장룽차오 총설계사는 중국 첫 화성 탐사 프로젝트가 2016년 정식 확정되었고 업계 전문가들의 분석을 거쳐 ‘궤도, 착륙, 탐사’라는 프로젝트 목표를 제시했다고 밝혔다. “이러한 목표는 우리에게 어렵지만, 모두가 노력한다면 실현할 수 있다. 이번 프로젝트의 실행을 통해 화성 프로젝트로 새로운 한차례의 혁신을 이끌 것이며 우주기술 분야의 새로운 도약을 실현하는 데 큰 의의가 있다.”장룽차오의 말이다.
 
심우주 탐사의 미래
전문가들의 분석에 따르면 중국의 달 탐사 경험과 장거리 로켓, 1억㎞ 이상 거리의 관측·제어 등의 기술 발전이 이번 화성 탐사 프로젝트의 발판을 마련했다.
 
짚고 넘어갈 만한 점으로, 창정 5호 야오쓰 운반로켓의 페어링에는 중국과 우주 국제협력을 전개중인 국가 및 국제기구의 우주기구마크가 표시돼 있다. 장커젠(張克儉) 중국 항공우주국 국장은 이에 대해 화성 탐사는 개방형 과학 탐사 플랫폼으로, 이를 위해 유럽 우주국(宇宙局)·프랑스·오스트리아·아르헨티나 등과 여러 건의 협력을 진행하였으며, 40여 개 국가와 100여 건의 협력협약을 체결했다고 소개했다. 장커젠 국장은 “중국항공우주국은 선진국, 우주대국과도 협력하고 일부 개발도상국과도 협력할 용의가 있다. 중국은 다른 나라와 우주기술을 공유하고, 전세계의 협력과 발전을 촉진하기를 원한다”고 말했다.
 
화성 탐사의 시작은 중국이 심우주 탐사 분야에서 다음 방향을 정했다는 것을 의미하며, 중국의 행성 탐사는 전체적인 개념을 형성하고 있다. 장룽차오 원사에 따르면 ‘톈원’ 시리즈 탐사 프로젝트는 계속 진행될 것인데, 중국은 2030년까지 제2차 화성 탐사 프로젝트를 진행할 계획이며, 소행성 탐사와 목성·토성 등 더 멀리 떨어진 행성을 탐사하는 프로젝트도 계속 추진할 예정이다.
 
중국항공우주국 달 탐사 및 우주공학센터 류지중(劉繼忠) 주임은 심우주 탐사의 미래를 이렇게 묘사했다. “행성 탐사 외에도 심우주 탐사에는 달과 태양 탐사가 포함되어 있다. 올해 중국은 ‘창어(嫦娥) 5호’를 발사해 달 표면 샘플을 채취 하고 반환할 예정인데, 이는 중국 달 탐사 프로젝트 3기의 마무리가 될 것이다. 그 뒤를 이어 달의 남극을 탐사할 예정인데 이를 위해 ‘창어 6호’, ‘창어 7호’, ‘창어 8호’ 등 프로젝트를 계획하고 있으며 향후 국제적 협력을 통해 달 연구기지를 건립할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 아울러 태양 탐사도 다양한 방식으로 진행할 예정이다.” 
 
 

글|본지 종합보도

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