우주선 JUICE: 달과 지구로의 위험한 이중 비행 (영상)
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2024-08-19 22:35:30
5'00" 읽기 + 2.38" 영상
- 2023년 4월 발사된 ESA 우주 탐사선 JUICE가 목성의 얼음 달을 향해 중
- 목성계에 도착할 때까지 JUICE는 약 8년간 이동.태양계 절반 통과 약 7,780억km 비행
- 먼저 달 가까이 비행 후 24시간 조금 넘는 시간(시속 15,000km의 속도로) 지구에 근접
- 우주선은 아침 7시 직전에 지구 서반구의 고도 6,800km 상공을 비행
- 2031년에 목성계에 도달
2023년 4월 발사된 ESA 우주 탐사선 JUICE(Jupiter Icy Moons Explorer)가 목성의 얼음 달을 향해 가고 있다. 처음으로 빙하 아래 바다가 실제로 가니메데, 유로파, 칼리스토의 표면 아래에 있는지와 이들이 어떤 특성을 가지고 있는지 더 자세히 조사할 예정이다. 목성계에 도착할 때까지 JUICE는 약 8년 동안 이동하게 되며 태양계의 절반을 통과해 약 7,780억 킬로미터를 운행하게 된다.
평균적으로 목성은 우리로부터 약 8억 킬로미터 떨어져 있지만, ESA에 따르면 목성에 직접 도달하려면 우주 탐사선은 6만 킬로그램 이상의 연료를 운반해야 한다. 복잡한 궤도와 소위 "중력 보조" 조작으로 인해 JUICE는 연료를 절약하면서도 목성계에 도달할 수 있다.
ESA의 JUICE 운영 관리자 Ignacio Tanco는 이를 바늘구멍을 통과하는 샷이나 매우 좁은 골목을 통해 경주용 자동차를 운전하는 것에 비유한다. “우리는 거리 양쪽에 밀리미터의 공간만 남아 있는 동안 최대 속도로 가속한다. 여기에 추가되는 것은 모든 것 중에서 내일 한국시각 시간 오전 06시 16분에 달이 날아오기 전 중요한 38분 동안 JUICE는 달의 그림자를 통과하며 30분 동안 지구와 접촉하지 않는다. 얼마 지나지 않아 달 표면 위로 750km 거리를 날아갈 예정이다.
우리 머리 위의 한 점의 빛
이중 작전의 두 번째 행위는 모레 새벽 우리 머리 위로 이어질 것이다. JUICE의 달 비행이 성공하면 우주선은 아침 7시 직전에 지구 서반구의 고도 6,800km 상공을 비행하게 된다. 운이 좋으면 우리 눈에도 보일 것이다. 강력한 쌍안경이나 망원경을 사용하면 유럽에서 빠르게 움직이는 빛의 지점으로 탐사선을 볼 수도 있다.
내부 태양계를 통과하는 다음 루프에서 목성 탐사선을 안내하려면 대담한 이중 기동이 필요하다. 달과 지구의 중력 우물에 몸을 담그면 JUICE가 먼저 느려졌다가 다시 가속된다. 동시에 비행 방향이 바뀌어 금성을 향해 계속 이동한다. 이러한 변화를 위해 엔진을 점화하거나 연료를 소비할 필요가 없다.
레이더 장비 문제 해결
이중 패스 동안 EA는 JUICE 측정 출시 이후 처음으로 우주선의 과학 장비 10개를 모두 켠다. ESA는 “일부 장비의 경우 이번이 8년간의 목성 여행 동안 특정 테스트 측정을 수행할 수 있는 유일한 기회다”며 "이를 통해 과학자와 엔지니어는 장비를 교정하고 몇 가지 마지막 문제를 해결하고 그 과정에서 새로운 과학적 통찰력을 얻을 수도 있다"고 설명했다.
이러한 테스트는 문제가 있는 RIME 레이더 장비에 특히 중요할 수 있다. 이륙 시 접혀 있던 16m 길이의 안테나는 처음에는 펼칠 수 없었다. 레이더 안테나가 마침내 접힌 것은 불과 몇 주 늦었고 위험한 행동을 통해였다. 또한 지금까지 레이더 장비의 측정은 전자 간섭 효과의 영향을 받았는데 그 원인은 아직 명확하지 않다. ESA는 달 근접 비행을 이용해 해결책을 모색하고 싶어한다.
카메라, 레이저 고도계, 자력계 테스트
독일 항공우주 센터의 참여로 개발된 두 가지 장비인 JANUS 카메라 시스템과 GALA 레이저 고도계도 달 통과 중에 활성화된다. 달 비행 중에 JANUS 카메라는 픽셀당 약 13미터의 해상도로 달 표면을 기록한다. GALA 레이저 고도계는 초당 약 30개의 레이저 펄스로 달 표면을 동시에 스캔하여 고도 프로필을 생성한다.
JUICE 프로브의 자력계는 이중 기동 중에도 측정을 수행한다. 지구를 통과하는 동안 지구 자기장 깊숙이 들어가면 4,000나노테슬라 이상의 자기 측정값이 기록된다. 오스트리아 아카데미 우주연구소의 베르너 마그네스(Werner Magnes)는 “이는 이전 검사보다 1000배 더 커졌으며 나중에 목성의 달 가니메데 주변 궤도에서 발견하게 될 현장 조건을 완벽하게 시뮬레이션할 수 있다”고 설명했다.
그들의 여행은 이제 시작
목성 탐사선 JUICE의 이중 비행은 먼 목적지를 향한 길고 복잡한 여정의 시작일 뿐이다. 앞으로 몇 년 안에 외계 태양계로 비행하기 위한 추진력을 구축하기 위해 금성에서 한 번, 지구의 두 번에 걸쳐 세 번 더 근접 비행을 완료할 것이다. 그런 다음 2031년에 목성계에 도달하고, 몇 년간의 탐사를 거쳐 2035년에 가니메데 주위 궤도에 진입할 것이다.
출처: 유럽우주국(ESA), 독일 항공우주센터(DLR), 우주연구소 ÖAW
- 2023년 4월 발사된 ESA 우주 탐사선 JUICE가 목성의 얼음 달을 향해 중
- 목성계에 도착할 때까지 JUICE는 약 8년간 이동.태양계 절반 통과 약 7,780억km 비행
- 먼저 달 가까이 비행 후 24시간 조금 넘는 시간(시속 15,000km의 속도로) 지구에 근접
- 우주선은 아침 7시 직전에 지구 서반구의 고도 6,800km 상공을 비행
- 2031년에 목성계에 도달
JUICE: 달과 지구로의 위험한 이중 비행
내일 새벽밤 ESA 우주선은 이전에 수행된 적이 없는 기동을 시작할 것이다.
마치 바늘귀를 통과하는 것과 같다. 내일 새벽과 모레 ESA 우주 탐사선 JUICE는 우주여행 최초로 우리 머리 위로 대담한 이중 기동을 완료할 것이다. 탐사선은 먼저 달 위를 750km 고도로 비행한 뒤 내일 밤 지구로부터 6,800km 이내로 접근할 예정이다. 쌍안경이나 망원경으로 볼 수 있다. 달과 지구의 결합된 플라이바이는 우주여행에서 최초의 이중 "중력 보조" 기동이기도 하다.
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| ▲ ESA 우주선 JUICE는 먼저 오늘 밤 달 가까이 비행한 다음 내일 밤 지구 가까이로 비행할 예정이다. 이는 최초의 이중 비행이다. © ESA |
2023년 4월 발사된 ESA 우주 탐사선 JUICE(Jupiter Icy Moons Explorer)가 목성의 얼음 달을 향해 가고 있다. 처음으로 빙하 아래 바다가 실제로 가니메데, 유로파, 칼리스토의 표면 아래에 있는지와 이들이 어떤 특성을 가지고 있는지 더 자세히 조사할 예정이다. 목성계에 도착할 때까지 JUICE는 약 8년 동안 이동하게 되며 태양계의 절반을 통과해 약 7,780억 킬로미터를 운행하게 된다.
평균적으로 목성은 우리로부터 약 8억 킬로미터 떨어져 있지만, ESA에 따르면 목성에 직접 도달하려면 우주 탐사선은 6만 킬로그램 이상의 연료를 운반해야 한다. 복잡한 궤도와 소위 "중력 보조" 조작으로 인해 JUICE는 연료를 절약하면서도 목성계에 도달할 수 있다.
극도의 정밀도가 필요함
ESA의 JUICE 운영 관리자 Ignacio Tanco는 이를 바늘구멍을 통과하는 샷이나 매우 좁은 골목을 통해 경주용 자동차를 운전하는 것에 비유한다. “우리는 거리 양쪽에 밀리미터의 공간만 남아 있는 동안 최대 속도로 가속한다. 여기에 추가되는 것은 모든 것 중에서 내일 한국시각 시간 오전 06시 16분에 달이 날아오기 전 중요한 38분 동안 JUICE는 달의 그림자를 통과하며 30분 동안 지구와 접촉하지 않는다. 얼마 지나지 않아 달 표면 위로 750km 거리를 날아갈 예정이다.
우리 머리 위의 한 점의 빛
이중 작전의 두 번째 행위는 모레 새벽 우리 머리 위로 이어질 것이다. JUICE의 달 비행이 성공하면 우주선은 아침 7시 직전에 지구 서반구의 고도 6,800km 상공을 비행하게 된다. 운이 좋으면 우리 눈에도 보일 것이다. 강력한 쌍안경이나 망원경을 사용하면 유럽에서 빠르게 움직이는 빛의 지점으로 탐사선을 볼 수도 있다.
내부 태양계를 통과하는 다음 루프에서 목성 탐사선을 안내하려면 대담한 이중 기동이 필요하다. 달과 지구의 중력 우물에 몸을 담그면 JUICE가 먼저 느려졌다가 다시 가속된다. 동시에 비행 방향이 바뀌어 금성을 향해 계속 이동한다. 이러한 변화를 위해 엔진을 점화하거나 연료를 소비할 필요가 없다.
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| ▲ JUICE의 지구 비행. © ESA /CC-by-sa 3.0 IGO |
레이더 장비 문제 해결
이중 패스 동안 EA는 JUICE 측정 출시 이후 처음으로 우주선의 과학 장비 10개를 모두 켠다. ESA는 “일부 장비의 경우 이번이 8년간의 목성 여행 동안 특정 테스트 측정을 수행할 수 있는 유일한 기회다”며 "이를 통해 과학자와 엔지니어는 장비를 교정하고 몇 가지 마지막 문제를 해결하고 그 과정에서 새로운 과학적 통찰력을 얻을 수도 있다"고 설명했다.
이러한 테스트는 문제가 있는 RIME 레이더 장비에 특히 중요할 수 있다. 이륙 시 접혀 있던 16m 길이의 안테나는 처음에는 펼칠 수 없었다. 레이더 안테나가 마침내 접힌 것은 불과 몇 주 늦었고 위험한 행동을 통해였다. 또한 지금까지 레이더 장비의 측정은 전자 간섭 효과의 영향을 받았는데 그 원인은 아직 명확하지 않다. ESA는 달 근접 비행을 이용해 해결책을 모색하고 싶어한다.
카메라, 레이저 고도계, 자력계 테스트
독일 항공우주 센터의 참여로 개발된 두 가지 장비인 JANUS 카메라 시스템과 GALA 레이저 고도계도 달 통과 중에 활성화된다. 달 비행 중에 JANUS 카메라는 픽셀당 약 13미터의 해상도로 달 표면을 기록한다. GALA 레이저 고도계는 초당 약 30개의 레이저 펄스로 달 표면을 동시에 스캔하여 고도 프로필을 생성한다.
JUICE 프로브의 자력계는 이중 기동 중에도 측정을 수행한다. 지구를 통과하는 동안 지구 자기장 깊숙이 들어가면 4,000나노테슬라 이상의 자기 측정값이 기록된다. 오스트리아 아카데미 우주연구소의 베르너 마그네스(Werner Magnes)는 “이는 이전 검사보다 1000배 더 커졌으며 나중에 목성의 달 가니메데 주변 궤도에서 발견하게 될 현장 조건을 완벽하게 시뮬레이션할 수 있다”고 설명했다.
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| ▲ 이것이 JUICE의 목성 여행이 계속되는 방식이다. © DLR |
그들의 여행은 이제 시작
목성 탐사선 JUICE의 이중 비행은 먼 목적지를 향한 길고 복잡한 여정의 시작일 뿐이다. 앞으로 몇 년 안에 외계 태양계로 비행하기 위한 추진력을 구축하기 위해 금성에서 한 번, 지구의 두 번에 걸쳐 세 번 더 근접 비행을 완료할 것이다. 그런 다음 2031년에 목성계에 도달하고, 몇 년간의 탐사를 거쳐 2035년에 가니메데 주위 궤도에 진입할 것이다.
출처: 유럽우주국(ESA), 독일 항공우주센터(DLR), 우주연구소 ÖAW
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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