NASA의 뉴 호라이즌스, 플루토를 다시 방문할 수 있을까?

NASA의 뉴 호라이즌스 우주선은 10년 전 플루토의 모습과 신비로운 풍경을 포착했습니다.

플루토는 태양계의 깊은 곳에 위치한 역설적으로 새롭게 자신을 갱신하고 있는 세계로 보입니다.

이 임무는 1930년 astronomer Clyde Tombaugh가 발견한 이후 지속된 여러 질문의 답을 주었습니다.

하지만 뉴 호라이즌스가 2015년 7월 14일 플루토를 지나치면서 얻은 결과는 수많은 새로운 의문을 남겼습니다.

그 중 가장 중요한 질문은, 플루토와 같은 역동적인 세계가 태양에서 이렇게 멀리 떨어져 어떻게 형성되었는가입니다.

뉴 호라이즌스 임무에서 수집한 데이터는 50기가비트 이상에 이르며, 앞으로 수십 년 동안 과학자들이 이 질문들에 대한 답을 찾는 유일한 자원이 될 것입니다.

다행히도, 지구에서 수십억 마일 떨어진 곳에 있는 강력한 망원경이나 허블, 제임스 웹과 같은 우주 관측소에서도 플루토에 대한 관측이 가능합니다.

하지만, 뉴 호라이즌스 임무가 종료된 후, 플루토를 다시 방문할 계획은 세워지지 않았습니다.

NASA의 예산은 오래전부터 안정적이지 않았으며, 과학자들은 플루토를 탐사할 가능성이 매우 희박하다고 생각하고 있습니다.

만약 NASA의 예산이 예상대로 안정적이었다면, 미래에 마르스 샘플 리턴, 천왕성 궤도선, 그리고 엔셀라두스에 착륙할 프로브 같은 우선순위가 높은 탐사 프로젝트가 끝난 후, 플루토 미션을 개발할 기회가 있었을 것입니다.

하지만 현재의 상황은 정상이 아닙니다.

도널드 트럼프 행정부는 NASA의 과학 예산을 절반으로 줄이자는 제안을 하였고, 이는 차세대 탐사의 기회를 위협하고 있습니다.

예산 삭감이 시행된다면, 새로운 탐사 미션의 재정 지원은 물론, 뉴 호라이즌스 우주선과 같은 운영 중인 우주선의 종료 위기도 비롯된다고 전문가들은 경고합니다.

트럼프 행정부는 유로파 클리퍼와 타이탄에서 날아다닐 드래곤플라이 같은 새로운 미션에 대한 자금 지원을 유지하고 있지만, 예산안은 달과 화성을 넘어선 탐사에 대한 자금 지원에 소극적인 태도를 보이고 있습니다.

이런 환경에서는 앞으로 20년 안에 새로운 플루토 탐사 미션이 개발되는 것이 어렵다고 전문가들은 지적합니다.

심지어, 향후 의회나 행정부가 NASA의 행성 과학 예산을 복구한다 하더라도, 플루토 미션은 상위 우선순위에 들어가기는 힘들 것입니다.

국립 아카데미의 최근 10년 주기 조사에서는 NASA의 행성 과학 프로그램을 통해 2032년까지 마르스 샘플 리턴, 천왕성 궤도선, 그리고 엔셀라두스 ‘오르빌란더’ 미션이 우선 사항으로 추천되었습니다.

이들 미션이 2032년 이전에 발사될 가능성은 낮으며, 성장 단계에 접어들기조차 어려울 것으로 예상됩니다.

가장 최근의 10년 주기 조사 패널은 플루토에 대한 두 번째 미션이 기술적 위험과 비용 평가 보고서를 받을 필요가 없다고 판단했습니다.

이는 플루토가 NASA의 과학 우선 수위에서 고려되지 않을 것임을 의미합니다.

과학 커뮤니티는 두 번째 미션이 플루토 궤도선이어야 하며, 두 번째 비행 검사보다는 궤도로 진입하는 것이 가장 이상적이라는 의견에 큰 합의를 이루고 있습니다.

뉴 호라이즌스는 시속 31,000마일(초속 14킬로미터)로 다가가며 플루토와 가까워졌고, 7,750마일(12,500킬로미터)까지 근접했습니다.

이 정도 거리와 속도로 우주선의 카메라는 축구장 크기의 물체를 화질 높은 이미지로 수 초 안에 포착해야 했습니다.

결국, 플루토는 나타났다가 사라졌습니다.

뉴 호라이즌스는 플루토의 절반만을 고해상도로 볼 수 있었지만, 그 과정에서도 저지 질소와 메탄의 심장이 형성된 모습을 확인했습니다.

이러한 것들 위에는 물 얼음의 산맥이 흩어져 있으며, 이 모든 것은 연구자들이 생각했던 것보다 압도적으로 많은 내부 열을 유지하고 있다는 것을 암시합니다.

그렇다면, 플루토의 바다의 모습은 어떨까요?

얼음층은 얼마나 두껍고, 플루토의 알려진 냉액 화산들은 여전히 활발할까요?

그리고 플루토의 다른 반쪽에는 어떤 비밀이 숨겨져 있을까요?

이러한 질문들은 궤도선이 되어야만 답할 수 있습니다.

뉴 호라이즌스에서 일했던 일부 과학자들은 플루토 궤도 미션에 대한 개요를 발전시켰고, 그 미션 이름은 고전 신화에서 플루토의 아내인 페르세포네에 붙여졌습니다.

하지만 이 미션은 아직 NASA에 실제 제안으로 제출되지는 않았습니다.

이 미션은 플루토까지 도달하는 것뿐만 아니라 그 궤도에 진입하는 것도 매우 어렵습니다.

2020년에 발표된 페르세포네 개요는 NASA의 스페이스 론치 시스템 블록 2 로켓을 이용하여 2031년에 발사될 것을 제안했습니다.

물론, 이러한 일정은 상당히 비현실적인 것입니다.

이는 그렇게 대규모의 임무를 위해 필요한 로켓이 존재하지 않기 때문입니다.

하지만 페르세포네가 2031년에 발사된다면, 플루토에 도착하기 위해서는 27년 이상 걸릴 것입니다.

결국, 계획대로 가면 2058년에 궤도에 진입하게 됩니다.

또한, Alan Stern에 의해 주도된 또 다른 개념 연구는 미래의 플루토 궤도선이 2050년대 후반에 도달할 수 있는 방법을 제시하고 있습니다.

이 연구는 2030년 경에 NASA의 SLS 로켓에서 발사될 것을 가정하고 있습니다.

Stern의 개념은 금 표준이라는 이름으로 알려져 있으며, 플루토를 떠나 더 먼 천체를 지나갈 수 있도록 충분한 연료를 확보하는 것입니다.

페르세포네와 금 표준 모두 플루토로 향하는 우주선이 목성에서 중력 보조를 받을 수 있어야 한다고 가정하고 있습니다.

하지만 목성은 2032년부터 2040년대 초까지 정렬에서 벗어나 있어, 이 시기에 발생하는 미션은 여행 시간이 10년 이상 늘어나게 됩니다.

뉴 호라이즌스가 지구에서 플루토까지 가는 데 9년이 걸렸던 반면, 궤도선의 경우 훨씬 더 큰 규모의 우주선이 필요합니다.

궤도선은 플루토에 접근할 때 감속할 연료와 에너지를 보유해야 합니다.

너무 속도가 빠르면 점점 희미해지며 플루토를 수동적으로 통과할 수 있습니다.

페르세포네 개념은 다섯 개의 핵 방사성 동위원소 전원 장치와 일반적인 전기 추력을 사용할 것입니다.

이는 이미 존재하는 기술의 범위 내에 있습니다.

2020년에 발표된 백서에서는 다음 세대의 핵 전기 추진 시스템의 장기적인 잠재력을 보여주었습니다.

상대적으로 보통의 10킬로와트 핵 발전기에 의해 전기 추력을 제공받으면, 플루토까지의 비행 시간이 25~30% 단축될 수 있으며, 동시에 과학 데이터를 지구로 전달하는 송신기를 더욱 효과적으로 가동할 수 있습니다.

하지만, 핵 전기 추진 기술은 여전히 개발 초기 단계에 있으며, 트럼프의 예산 제안은 핵 로켓 연구를 위한 자금을 포함하지 않습니다.

스페이스X의 스타쉽과 같은 로켓이 궁극적으로 태양계의 외부로 탐사선을 가속화하는 능력이 있을 수 있지만, 스타쉽이 플루토 탐사 미션에 필요한 가능성이나 조건에 대한 자세한 연구는 아직 발표되지 않았습니다.

스타쉽에서 발사하는 플루토 탐사선은 고유의 문제를 가지고 있으며, 핵 전기 추진보다 이점이 있을지에 대해 확실히 알 수 없습니다.

이 모든 것의 비용은 현재로서는 추정이 불가능합니다.

과학자들은 페르세포네의 비용을 발사 비용을 제외하고 30억 달러로 추정했으며, 플루토 미션이 맞춤형 발사 솔루션이 필요한 경우 발사 비용은 10억 달러 이상으로 예상됩니다.

핵 전기 추진 시스템 개발 또한 수십억 달러가 소요될 것으로 보입니다.

이 모든 것을 종합하면, 플루토에 대한 첫 번째 탐사와 두 번째 탐사 간의 시간 간격은 50년 이상이 될 것으로 보입니다.

이는 NASA의 보이저 우주선들이 1986년에서 1989년 사이에 천왕성과 해왕체를 탐사한 것과 일치합니다.

과학자들은 플루토에 대한 두 번째 방문이 이루어질 때까지 긴 시간을 기다릴 것에 대비하고 있으며, 아마도 자신의 기대수명을 다시 한 번 검토할 필요가 있을 것입니다.

플루토는 태양계에서 가장 매혹적인 세계 중 하나입니다.

이미지 출처：arstechnica