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- 1977년에 발사된 우주에서 가장 멀리 떨어져 있고 가장 오랫동안 임무 수행한 전초 기지
- 주 롤 제어 추진기 두 개가 2004년에 고장. 수리 불가능한 것으로 판단돼 가동 중단
- 일종의 히터 비상 정지 때문일 것이라는 의심이 해결의 실마리
- 2025년 3월 20일, NASA 지상팀은 보이저 1호에 1차적으로 롤 제어 시스템을 작동명령
- 피드백은 기적처럼 성공

보이저 1호: 고장 난 추진기 21년 만에 재가동
위험한 롤 제어 시스템 교체로 기록적인 탐사선 다시 한번 구해

NASA는 기록적인 탐사선 보이저 1호에 대한 또 다른 위험한 작업을 성공적으로 완료했다. 21년 전 고장 났던 롤(roll) 제어 추진기를 재가동하는 데 성공했다. 교체 전에는 추진기 히터를 다시 켤 수 있을지조차 불확실했다. 게다가, 탐사선과의 유일한 통신 연결이 수개월 동안 재가동되는 동안 작업이 완료되어야 했다. 

▲ 보이저 탐사선은 1977년부터 우주를 비행해 왔습니다. 다른 활동적인 우주 탐사선은 보이저만큼 우리로부터 멀리 떨어져 있지 않다. © NASA/JPL-Caltech

1977년에 발사된 보이저 탐사선은 우주에서 가장 멀리 떨어져 있고 가장 오랫동안 임무를 수행해 온 전초 기지이자, 뛰어난 기술력의 결정체다. 48년이 지난 지금도 보이저 1호와 2호는 고갈되는 에너지 저장량과 구식 기술에도 불구하고 성간 우주의 데이터를 계속해서 전송하고 있다. 하지만 창의적인 해결책 없이는 완전히 작동하지는 않을 것이다. NASA는 이미 여러 차례 백업 시스템으로 전환하여 탑재 컴퓨터나 기동 추진기의 결함을 우회해야 했다. 전력을 절약하기 위해 두 탐사선 모두에 탑재된 여러 과학 장비도 작동이 중단되었다.

롤 제어 추진기 문제

이제 또 다른 고장이 위협받고 있다. 이번에는 보이저 1호의 자세 제어에 필요한 추진기 중 하나다. 이 추진기 중 일부는 무선 통신을 유지하기 위해 탐사선의 안테나가 항상 지구를 향하도록 한니다. "롤 추진기"라고 불리는 네 개의 추가 추진기는 탐사선의 종축을 중심으로 한 방향을 제어한다. 이 롤 추진기들은 방향 탐지 시스템이 목표 안내별과의 편차를 감지할 때마다 작동된다. 모든 보이저 시스템과 마찬가지로 이 추진기들을 위한 백업 시스템도 있다.

보이저 우주선은 일반적으로 일반 추진기와 백업 추진기를 정기적으로 전환한다. 이는 추진제 공급 라인이 시간이 지남에 따라 막히는 것을 방지하기 위한 것이다. 그러나 문제는 보이저 1호의 주 롤 제어 추진기 두 개가 2004년에 고장났다는 것이다. 이 결함이 수리 불가능한 것으로 판단되어 주 롤 제어 시스템이 가동 중단되었다. 그 이후로 보이저 1호는 백업 추진기만을 사용해 왔다.

▲ 우주선의 여러 위치에 장착된 추진기(빨간색) 중 4개는 롤 제어에 필요하다. 2004년 이후 보이저 1호에서는 이 추진기의 백업 시스템만 작동하고 있다. © NASA

"당시 지상팀은 보이저 탐사선이 앞으로 20년 동안 계속 작동할 것으로 예상하지 못했다"고 NASA 제트 추진 연구소(JPL)의 보이저 임무 관리자인 카림 바다루딘은 말했다.

막힌 배관과 의심

하지만 이제 조치가 필요했다. 백업 롤 제어 추진기의 연료 배관이 너무 막혀 늦어도 2025년 가을에는 완전히 막힐 것이다. 해결책을 찾지 못한다면 보이저 1호는 종말을 맞이하게 될 것이었다. 따라서 NASA 엔지니어들은 위험한 계획을 세웠다. 2004년 데이터를 분석한 후, 21년 전에 고장 났던 주 롤 제어 추진기를 다시 가동하기로 결정했다.

21년 전 추진기 히터 고장이 수리 불가능한 결함 때문이 아니라 일종의 히터 비상 정지 때문일 것이라는 의심이 출발점이었다. 히터가 다시 작동하면 롤 제어 시스템도 다시 작동할 수 있을 것이라는 기대가 있었다. JPL의 추진 전문가 토드 바버는 "추진기들은 고장 난 것으로 간주되었지만, 저희 엔지니어 중 한 명이 이것이 수리 가능한 고장의 원인일 수 있다고 제안했다"고 설명했다.

그러나 추진기 "부활"에는 위험이 따랐다. 보이저 1호가 히터 및 추진기 작동 시퀀스 중에 자세를 너무 급격하게 바꾸면, 내장 컴퓨터가 자동으로 롤 제어 추진기 점화를 유발한다. 노즐은 이미 작동 중이지만 히터가 작동하지 않으면 전체 시스템이 폭발할 수 있으며, 롤 제어 시스템과 다른 시스템들이 수리 불가능한 손상을 입을 수 있다.

시간과의 경쟁

또 다른 복잡한 문제가 있었다. 위험한 노즐 시스템 교체는 시간적 압박을 받고 있었고, 늦어도 2025년 5월 4일까지 완료되어야 했다. 보이저 탐사선의 주요 통신 링크인 Deep Space Station 43호가 오프라인 상태가 되는 날짜였다. 호주 캔버라에 위치한 이 70m 안테나 접시는 NASA Deep Space Network의 일부이며, 멀리 떨어진 보이저 탐사선에 명령을 전송할 수 있을 만큼 크고 강력한 유일한 안테나다.

이 안테나는 5월 초부터 몇 달 동안 오프라인 상태로 유지된 후 업그레이드 및 재구축될 예정이었다. JPL의 행성간 네트워크 책임자인 수잔 도드(Suzanne Dodd)는 "이러한 안테나 업그레이드는 향후 유인 달 착륙과 Deep Space 과학 임무의 통신 용량 증대에 중요하다"고 설명했다. 따라서 보이저 1호의 롤 제어 추진기를 교체하는 것은 그 전에 이루어져야 한다는 것이 분명했다.

성공!

2025년 3월 20일, 드디어 때가 왔다. NASA 지상팀은 보이저 1호에 1차적으로 롤 제어 시스템을 작동시키라는 명령을 보냈고, 이제 응답을 기다리고 있었다. 그러자 탐사선이 보낸 상태 데이터는 예상대로 결과를 보여주었다. 21년 동안 오작동하던 노즐 히터의 온도가 크게 상승하여 다시 작동하기 시작한 것이다. 나머지 위험한 전환 과정도 성공적으로 진행되었다. 바버는 "이것은 보이저호에 또 하나의 기적적인 구원이다"고 말했다.
출처: 제트 추진 연구소 Jet Propulsion Laboratory

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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