일본, 2031년 샘플 귀환 목표로 화성 위성 포보스 향해 MMX 발사

최소 10그램을 가져오기 위한 5년 여정

일본은 2026년 10월 20일 가고시마현 다네가시마 우주센터에서 화성 위성 탐사선 MMX를 발사했다. 포보스에서 물질을 채취해 2031년 지구로 가져오는 임무의 시작이다. 목표는 화성 위성의 형성 과정을 설명하는 데 도움이 될 수 있는 암석과 토양을 최소 10그램 가져오는 것이다.

일본우주항공연구개발기구(JAXA)는 H3 10호기가 현지 시각 오전 4시 41분 3초에 이륙했다고 밝혔다. 71분 13초 뒤 우주선 분리가 확인되면서 무인 탐사선은 화성을 향해 출발했다. 발사 관련 기록에는 오전 4시 31분이라는 시각도 나왔지만, JAXA가 밝힌 시각은 오전 4시 41분이다.

MMX는 2027년 8월 화성계에 도착할 예정이다. 화성의 두 위성 가운데 더 크고 가까운 포보스를 연구하고, 더 작은 위성 데이모스를 관측하며, 이데픽스라는 이름의 로버를 투입한 뒤 직접 착륙해 샘플을 채취할 계획이다.

임무에 성공하면 MMX는 화성 위성의 샘플을 지구로 가져오는 첫 임무이자, 채취한 물질을 싣고 화성계까지 갔다가 돌아오는 첫 우주선이 된다. 귀환 캡슐은 호주 우메라에 착륙할 예정이다.

일본은 두 차례의 성공적인 소행성 샘플 채취 임무에서 얻은 경험을 바탕으로 새로운 목적지에 도전한다. 포보스는 중력이 매우 약하고 표면이 불규칙하며, 가까이에 강한 중력을 가진 행성이 있다. 포보스에 도달하는 것은 첫 단계일 뿐이다. MMX는 지형을 조사하고 안전하게 착륙해 물질을 채취한 다음 다시 이륙해 샘플을 지구로 가져와야 한다.

포보스를 주요 목표로 삼은 이유

포보스는 지름이 약 20~22킬로미터이며, 구형이라기보다 울퉁불퉁한 감자에 가까운 모양이다. 화성 표면에서 약 6,000킬로미터 떨어진 궤도를 돌며, 약 7시간 39분마다 한 바퀴를 완주해 하루에 화성을 세 바퀴가량 돈다.

포보스의 중력은 지구 표면 중력의 1000분의 1에도 못 미친다. 지구에서는 지면에 단단히 놓여 있는 물체도 포보스에서는 전혀 다르게 움직인다. 작은 힘에도 표면에서 튀어 오를 수 있어 착륙 장비는 튕겨 나가지 않도록 접촉을 제어해야 한다.

화성도 우주선의 움직임에 큰 영향을 미친다. MMX는 포보스 근처에 탐사선을 머물게 하는 화성 주변의 준위성 궤도에서 정밀 관측을 수행할 예정이다. 이 궤도를 이용하면 약한 포보스의 중력에 의존해 일반적인 근접 궤도를 유지하지 않고도 위성을 반복해서 관측할 수 있다.

데이모스는 비교 대상이 된다. MMX는 데이모스를 원격으로 관측해 두 위성의 외관과 구성을 비교하고, 표면 탐사 활동은 포보스에 집중할 예정이다.

로버가 먼저 지면을 살핀다

프랑스 우주국 CNES와 독일항공우주센터(DLR)가 공동 개발한 이데픽스는 본 탐사선이 착륙하기 전에 표면을 조사한다. 이름은 아스테릭스 만화에 등장하는 개에서 따왔다.

로버에는 바퀴 4개가 달려 있으며 크기는 전자레인지 정도다. 포보스 표면에서 약 40미터 위에서 분리한 뒤 약 100일 동안 탐사할 계획이다. 초당 약 1밀리미터로 이동할 예정이며, 접지력과 안정성을 확보하기 어려운 환경에 맞춰 의도적으로 느린 속도로 움직인다.

이데픽스는 지형과 토양을 조사해 MMX의 착륙지를 선정하는 데 필요한 정보를 제공한다. 상공에서 촬영한 사진으로 경사면과 큰 바위를 확인할 수 있고, 지상에서 측정하면 차량이 표면에 닿고 이동할 때 지면이 어떻게 반응하는지 알 수 있다.

로버와 본 탐사선의 임무는 다르다. 이데픽스는 수개월 동안 지면을 조사하지만, MMX의 샘플 채취 작업은 약 2시간 동안 진행될 예정이다. 로버의 조사 결과는 짧은 직접 접촉 시간에 대비하는 데 도움이 된다.

MMX의 샘플 채취 계획

JAXA가 밝힌 최소 목표량은 물질 10그램이다. 보다 구체적인 설명에는 두 차례 채취를 시도해 총 20그램가량을 확보한다는 목표가 담겨 있으며, 한 차례에 약 10그램씩 채취할 계획이다.

샘플 채취 방식은 지표 아래 물질과 표면의 느슨한 입자를 모두 확보하도록 설계됐다. 로봇팔로 지면 아래 수 센티미터 깊이의 물질을 채취하고, 가압 가스를 이용하는 장치로 표면 입자를 흩뜨려 용기로 모은다.

서로 다른 깊이와 장소에서 채취하면 한 번 떠내는 것보다 더 다양한 샘플을 확보할 수 있다. 표면 입자는 우주 환경에 노출돼 왔지만, 그 아래 물질은 다른 조건을 겪었을 수 있다. 과학자들은 샘플을 착륙 전 지질 관측 결과와 비교할 수 있다.

MMX는 추진 모듈, 탐사 모듈, 귀환 모듈로 구성된다. 탐사 모듈에는 착륙 다리 4개가 있고, 표면과 그 구성을 조사하는 장비가 탑재된다. NASA는 포보스에 존재하는 원소를 식별하도록 설계된 장비 MEGANE를 제공했다. 이 장비는 위성 근처에서 얻은 측정값을 이후 실험실 분석 결과와 연결하는 데 도움을 준다.

화성 도착부터 지구 귀환까지의 일정

MMX의 전체 일정은 화성까지 이동하는 데 약 1년, 화성계 탐사에 약 3년, 지구로 돌아오는 데 약 1년을 배정한다. 화성계에서의 3년간 활동은 2031년에 끝나는 전체 임무 일정에 포함된다.

로버 투입과 샘플 채취 시점에 대해서는 세부 자료마다 일정이 다르다. 한 일정은 이데픽스를 2029년 초 투입하고 2030년 두 곳에서 샘플을 채취한다고 제시한다. 다른 일정은 2028년 12월 이전에 샘플을 채취하는 것을 목표로 한다. 두 날짜를 조정한 최종 일정은 발표되지 않았다.

• 2026년 10월 20일: H3 10호기가 다네가시마에서 MMX를 발사하고, 약 71분 뒤 탐사선 분리가 확인된다.
• 2027년 8월: 화성계 도착 예정.
• 2027년 9월: 포보스의 표면, 내부 구조, 중력, 광물 구성을 다루는 정밀 관측을 시작할 예정이다.
• 탐사 기간 중: MMX의 샘플 채취 작업에 앞서 이데픽스가 약 100일 동안 표면을 조사할 예정이다.
• 2030년 11월: 세부 임무 일정상 이달에 지구 귀환을 위해 출발할 예정이다.
• 2031년: 샘플 캡슐이 호주 우메라로 귀환할 예정이며, 세부 일정은 연말을 목표로 한다.

각 단계는 다음 단계를 뒷받침한다. 관측으로 적합한 지형을 찾고, 로버가 표면 정보를 보태며, 샘플 채취 후에는 우주선이 귀환 여정을 시작할 수 있는 상태를 유지해야 한다.

두 위성의 형성에 관한 상반된 설명

과학자들은 샘플을 통해 기본적인 질문에 답하고자 한다. 포보스와 데이모스는 한때 독립된 천체였다가 화성에 붙잡힌 것일까, 아니면 거대한 충돌 뒤 나온 파편에서 형성된 것일까?

포획설에 따르면 태양계를 지나던 소행성이 화성의 중력에 붙잡혔다. 충돌설은 큰 천체가 화성과 충돌해 물질을 우주 공간으로 튕겨냈고, 그중 일부가 뭉쳐 위성이 됐다고 본다.

실험실 측정으로는 이미지 분석만으로는 알기 어려운 개별 입자의 광물과 화학 조성을 훨씬 자세히 살펴볼 수 있다. 연구자들은 소행성 물질 및 화성과 관련된 물질과의 유사성을 찾고, 그 결과를 위성의 구조와 표면 관측 자료와 함께 분석할 예정이다.

MMX가 포보스와 데이모스를 비교하는 것도 조사에 도움이 된다. 두 위성의 유사점이나 차이점은 둘의 형성 과정이 같았는지 평가하는 데 단서를 줄 수 있다. 따라서 이 임무는 위성 전체에 대한 측정과 극소량의 물질에 대한 정밀 분석을 결합한다.

포보스에 화성 파편이 있을 가능성

화성에 충돌이 일어나면 행성의 일부가 우주 공간으로 튕겨 나갈 수 있다. 오랜 시간이 흐르는 동안 그 파편 가운데 일부가 인근 포보스에 도달해 표면 물질과 섞였을 가능성이 있다. 따라서 MMX는 화성의 위성에 착륙해 화성에서 온 물질을 채취할 수도 있다.

연구자들은 이런 파편이 고대 화성의 환경에 관한 정보를 제공할 수 있기를 기대한다. 파편을 찾아내고 식별하려면 캡슐 귀환 후 포보스 자체의 물질을 분석하는 동시에 정밀한 실험실 연구를 해야 한다.

더 넓은 과학 연구의 범위에는 초기 태양계에서 물과 유기물질이 이동한 과정도 포함된다. 유기 화합물은 탄소를 기반으로 하는 화학 물질이다. 그 구성과 역사를 연구하면 생명체가 살 수 있는 환경과 관련된 성분이 암석 행성에 어떻게 도달했는지 살펴볼 수 있다.

지구의 실험실에서는 같은 입자에 여러 장비를 적용하고 일부를 이후 연구를 위해 보존할 수 있다. 우주선에 실은 장비로 모든 측정을 하는 대신 샘플을 지구로 가져오는 핵심 이유다.

하야부사 임무 경험을 잇는 일본

일본의 하야부사 임무는 2010년 소행성 이토카와에서 1그램 미만의 물질을 가져왔다. 하야부사2는 2020년 류구에서 5.4그램을 회수했다. MMX는 소행성 탐사에 이어 다른 행성을 도는 위성으로 탐사 범위를 넓힌다.

MMX의 최소 목표량인 10그램은 류구에서 가져온 5.4그램의 약 1.9배다. 20그램을 채취하면 약 3.7배가 된다. 과학자들은 개별 입자를 분석하고 전문화된 시험에 맞춰 물질을 나눌 수 있어 적은 양의 샘플로도 폭넓은 연구를 할 수 있다.

포보스에 도달하는 일은 쉽지 않았다. 과거 소련과 러시아의 탐사선 3대가 표면 탐사를 포함한 임무를 시도했지만, 착륙에 성공한 탐사선은 없었다. 포보스 2호는 1989년 위성에 접근해 사진을 전송했다.

MMX에는 일본이 주도하는 가운데 NASA, 유럽우주국(ESA), CNES, DLR과 대학, 기술 기업들이 참여한다. 프랑스와 독일은 로버를 제공하고 NASA의 MEGANE는 표면 원소 측정에 기여한다. 이 협력은 비행과 착륙을 위한 공학 기술을 최종 샘플 해석에 필요한 과학 연구와 연결한다.

H3 발사 성공, 가장 어려운 임무는 이제 시작

JAXA와 미쓰비시중공업은 2014년 H3 개발에 착수했다. 로켓은 2023년 첫 비행에 실패한 뒤 5회 연속 발사에 성공했지만, 2025년 12월 다시 실패했다. 2026년 6월 발사 성공을 재개했다.

MMX 발사로 H3의 누적 성공률은 약 78%에서 80%로 올라갔다고 보고됐다. 이번 임무에서 당장 거둔 성과는 탐사선이 성공적으로 분리돼 화성을 향해 출발한 것으로, 첫 주요 운용 단계를 마쳤다.

MMX의 조사에는 장기적인 실용 목적도 있다. JAXA는 포보스가 향후 화성 탐사 여정에서 자연적인 중간 기착지 역할을 할 수 있는지 살펴볼 계획이다. 지형과 중력, 표면 물질을 측정하면 그 가능성을 평가하는 데 구체적인 정보를 얻을 수 있다.

다음 주요 목적지는 2027년 8월 도착 예정인 화성계다. 임무의 최종적인 과학적 성과는 이후 작업에 달려 있다. 포보스를 조사하고, 이데픽스를 투입하며, 착륙지를 선정하고, 물질을 채취한 뒤 봉인된 샘플을 2031년 호주로 가져와야 한다.

핵심 내용

• 일본은 2026년 10월 20일 다네가시마에서 H3 10호기에 MMX를 실어 발사했다.
• JAXA는 이륙 시각을 오전 4시 41분 3초로 밝혔으며, 71분 13초 뒤 탐사선 분리를 확인했다.
• MMX는 2027년 8월 화성계에 도착해 2031년 샘플을 지구로 가져오는 것을 목표로 한다.
• 포보스에서 채취할 최소 목표량은 10그램이며, 세부 계획에는 20그램을 확보한다는 목표가 담겨 있다.
• 프랑스와 독일이 개발한 로버 이데픽스는 표면을 조사하고 착륙지 선정에 필요한 정보를 제공한다.
• 과학자들은 화성 위성의 형성 과정을 연구하고 샘플에서 화성에서 튕겨 나온 물질을 찾을 예정이다.
• 귀환 캡슐은 호주 우메라에 착륙할 계획이다.