日‘화성위성’ 탐사선 발사…美中틈서 세계 첫화성권시료 회수 노려

포보스, 모래10g채취 2031년 귀환목표 하야부사기술 화성위성 공략
韓은 2032년 달착륙 추진

화성 위성 탐사선 MMX를 실은 H3 로켓 10호기가 20일 오전 4시 41분 일본 가고시마현 다네가시마 우주센터에서 화염을 뿜으며 이륙하고 있다. /JAXA 공식 유튜브 화면 캡처

일본이 세계에서 최초로 '화성의 위성'에서 모래를 가져오는 도전을 시작했다. 20일 화성 위성 탐사선 'MMX'를 발사하고 예정 궤도에 투입했다. 현재 미국은 화성 본체 탐사서 앞서있다. 중국은 화성본체에 착륙해 시료 회수를 추진하고 있다. 일본은 미중 사이서 소천체 탐사 기술을 살려 위성을 공략하고 있다.

일본우주항공연구개발기구(JAXA)에 따르면 MMX를 실은 H3 로켓 10호기는 이날 오전 4시 41분 3초 가고시마현 다네가시마 우주센터에서 발사됐다. 약 1시간 11분 뒤 탐사선이 정상 분리됐다. 발사는 성공했다. 하지만 착륙과 시료 회수, 지구 귀환까지 약 5년의 임무가 남아있다.

목표는 화성 위성 포보스의 모래와 암석 등 10g 이상을 지구로 가져오는 것이다. 일본은 2027년 화성권에 도착한 뒤 표면을 관측하고 두 차례 착륙을 시도한다. 다른 위성 데이모스도 관측한다. 2030년 화성권을 떠나 2031년 지구로 돌아와 시료 캡슐을 호주에서 회수할 계획이다.

화성 위성 탐사선 MMX를 실은 H3 로켓 10호기가 19일 일본 다네가시마 우주센터에서 발사 지점으로 이동하고 있다. /JAXA 제공

일본이 화성 본체 대신 위성을 택한 데는 기술적 이유가 있다. JAXA는 화성의 강한 중력 때문에 착륙과 시료 회수의 난도가 높다고 설명한다. 상대적으로 작은 포보스에서는 '하야부사'와 '하야부사2'로 축적한 소천체 착륙·시료 채취 기술을 발전시킬 수 있다. 강점을 가진 분야에서 화성 탐사의 발판을 마련하는 전략이다.

경쟁의 관건은 누가 먼저 화성권 시료를 지구에 가져오느냐다. 중국 국가항천국은 톈원 3호를 2028년께 발사해 2031년께 화성 본체의 시료를 가져올 계획이다. 일본과 귀환 목표 시기가 겹친다. MMX가 출발에 성공했다고 '세계 최초'가 확정된 것은 아니다.

미국과는 경쟁과 협력이 맞물린다. 미국은 화성 표면 탐사를 하면서 일본의 MMX에도 참여한다. 미항공우주국(NASA)은 포보스 표면의 원소 구성을 조사할 관측장비를 일본에 제공하고 있다. 프랑스와 독일은 일본과 소형 탐사차를 공동 개발했다. 일본이 임무를 주도하면서 미국·유럽의 기술을 결합하는 구조다.

일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 공개한 화성 위성 탐사선 MMX. 포보스 시료를 채취해 2031년 지구로 가져오는 임무를 추진한다. /JAXA 제공

화성의 위성인 포보스는 지름 약 20~30㎞의 불규칙한 천체다. 화성 중력에 붙잡힌 소행성인지, 거대한 천체가 화성에 충돌하면서 생긴 파편이 뭉친 것인지는 알려지지 않았다. 시료 분석은 이 의문을 풀고 물과 유기물이 화성권으로 옮겨진 과정을 추적하는 데 쓰인다. 화성에서 충돌로 튀어나온 물질이 시료에 섞여 있을 가능성도 나온다.

일본의 우주기술은 달 탐사에서도 한국보다 앞서 있다. 일본은 2007년 가구야를 달 궤도에 진입시켰다. 2024년에는 탐사선 슬림이 달에 착륙했다. 슬림은 목표 지점에서 약 60m 떨어진 곳에 내려앉았다. 달착륙서 나아가 원하는 지점에 정밀하게 착륙하는 기술을 입증한 셈이다.

달 상공을 비행하는 한국 최초 달 궤도선 다누리의 상상도. /한국항공우주연구원

한국은 2022년 다누리로 달 궤도 탐사를 시작했다. 지구에서 달까지 비행하고 달 궤도에 진입해 관측하는 경험을 확보했다. 다음 목표는 2032년 달 착륙이다. 한국항공우주연구원은 하강 속도를 줄이는 추진체계와 착륙 지점으로 유도하는 항법·제어 기술 등을 개발하고 있다. 일본이 실제 달 표면에서 이미 검증한 착륙 기술을 한국은 확보하는 단계다.

탐사선을 보내는 수단도 차이가 있다. 일본은 가구야를 자국 H2A 로켓으로 발사했고, 이번 MMX도 자국 H3에 실어 보냈다. 한국의 다누리는 미국 스페이스X의 팰컨9을 이용했다. 한국은 차세대발사체로 달 착륙선을 보내 발사부터 탐사까지 독자 수행할 역량을 키우고 있다.

시료 회수 경험은 또 다른 차이다. 일본은 하야부사와 하야부사2를 통해 소행성에 접근해 시료를 채취하고 지구로 가져오는 과정을 성공시킨 바 있다. 이번의 MMX는 이 경험을 화성 위성으로 넓히는 임무다. 한국이 달 궤도를 관측하고 표면에 착륙할 준비를 하는 단계라면, 일본은 달보다 훨씬 먼 화성권에서 위성 시료를 채취해 지구로 가져오는 왕복 탐사에 도전하고 있다.