우주 탐사 초기부터 미국과 소련은 화성을 향해 많은 우주선을 보냈습니다.지속적으로 실패한 소련과 달리 마리너 계획(Mariner Program)을 통해 화성 탐사가 계속 성공하자 미국은 태양계 외곽으로 눈을 돌립니다.
파이어니어 10호는 화성 궤도를 넘어선 최초의 우주선입니다.지금까지 모든 탐사선은 태양계 탈출 속도를 넘지 못했고 임무 종료 후에도 탐사 행성 궤도나 태양계 내부에 남아 있는 반면 개척자 10호는 처음으로 태양계를 탈출할 수 있는 속도로 설계됐습니다.
발사 준비가 완료된 파이어니어 10호 (출처: 위키백과)
파이오니어 계획(Pioneer program)은 1958년부터 지구 주변 공간과 무인 달 탐사 계획(0~4호, P)으로 시작되었습니다.이후 행성간 공간에 대한 탐사(5~9호, E)와 목성과 토성 탐사(10, 11호)까지 확장됩니다.
최초의 목성 탐사선인 파이어니어 10호는 258.8kg으로 지름 2.74m의 접시 안테나를 장착했습니다.관측장비로 자기장 측정을 위한 자력계, 태양풍 감지를 위한 플라즈마 분석기, 우주선(Cosmicray) 감지를 위한 입자 측정기, 운석 탐지를 위한 검출기와 탐지기, 수소와 헬륨을 측정하기 위한 자외선 광도계, 목성의 온도 측정을 위한 적외선 방사계 등이 탑재되어 있습니다.
파이어니어 10호의 구조 (출처 : 위키백과)
임무 완료 후 성간 여행 중 지적 생명체에 의해 발견될 경우를 대비하여 152×229mm 알루미늄 명판도 탑재되어 있습니다.
파이어니어 10호에 탑재된 명판 (출처: 위키백과)
파이어니어 10호는 1972년 3월 2일 플로리다주 케이프커내버럴 공군기지(Cape Canaveral Air Force Station)에서 발사되었습니다.
파이어니어 10호 발사 (출처 : 위키백과)
7월 중순, 파이어니어 10호는 화성 궤도를 넘어 소행성대(Asteroid belt)에 진입한 최초의 우주선이 됩니다.당시까지 궤도가 알려진 소행성 중에서는 307 나이키(Nike)를 880만㎞ 거리로 12월 2일 통과합니다.소행성대를 통과하면서 10~100㎛ 크기의 먼지 입자는 지구 주위나 소행성대에서 모두 비슷한 밀도로 검출됐고, 다만 100㎛~1mm 입자는 지구 궤도보다 3배 이상 증가한 것으로 나타났습니다.1mm 이상의 입자는 탐지되지 않으며, 파이어니어 10호는 예상보다 안전하게 소행성대를 통과하게 됩니다.
파이어니어 10호 궤도 (출처 : 위키백과)
발사 1년 9개월 후인 1973년 12월 3일, 파이어니어 10호는 목성계로 진입합니다.4대 위성 칼리스토(Callisto), 가니메데(Ganymede), 유로파(Europa), 이오(Io) 궤도를 차례로 지나 12월 4일 2시 26분 목성에서 20만 km 떨어진 곳을 통과합니다.
파이어니어 10호 목성계 통과궤도(외곽부터 칼리스트, 가니메데, 유로파, 이오 순)/(출처: 위키백과)
파이어니어 10호는 목성계를 통과하여 500장 이상의 이미지를 전송하고 최초로 근접 촬영된 목성과 위성 이미지를 얻을 수 있었습니다.또 목성 외곽 대기의 온도와 대기 구조를 연구할 수 있는 자료도 보내왔습니다.
파이어니어 10호가 촬영한 목성 (출처: 위키백과)
파이어니어 10호는 1976년 토성, 1979년 천왕성, 1983년 해왕성 궤도를 넘어 성간 우주를 향한 최초의 인공 물체가 되었습니다.5년 6개월 늦게 발사된 보이저 1호(Voyager 1)가 1998년 2월 17일 69.419AU 거리에서 파이어니어 10호를 추월해 가장 멀리 나아간 인공 물체의 자리는 넘겨줍니다.파이어니어 10호는 2003년 1월 23일까지 약 80AU 거리에서의 신호를 끝으로 지구와의 교신은 끊겼지만 태양계 밖으로의 여행은 계속되고 있습니다.
파이어니어 10호와 11회의 속도와 태양으로부터의 거리 (출처: 위키백과)
2020년 4월 현재 파이어니어 10호는 태양으로부터 약 125.9AU 거리에 있을 것으로 예측되고 있습니다.2023년 4월경에는 보이저 2호에도 추월당할 것으로 보입니다.
태양계 외곽을 향한 5개의 우주선 궤도 방향 (출처: Google)
파이어니어 10호는 약 9만 년 후 HIP 117795라는 별에서 약 0.75광년의 거리를 통과합니다.이어 약 200만 년 후에는 약 68광년 떨어진 1등성 알데바란(Aldebaran) 부근을 통과할 것으로 보입니다.