로시 엑스선 타이밍 익스플로러
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1. 개요
로시 엑스선 타이밍 익스플로러(RXTE)는 1995년에 발사된 NASA의 우주선으로, 2~200 KeV 에너지 범위에서 컴팩트 천체를 포함한 항성 및 은하계 시스템의 시간적 및 광대역 스펙트럼 현상을 연구하는 것을 목표로 했다. 비례 계수 배열(PCA), 고에너지 엑스선 타이밍 실험(HEXTE), 전천 감시 장치(ASM)를 탑재하여 유연한 작동과 고품질 데이터를 제공했다. RXTE는 관성계 끌림 효과에 대한 증거를 제공하고, 중간 질량 블랙홀, 백색 왜성, 블랙홀 크기 등을 연구하는 데 기여했다. 2012년 과학 운용을 중단했으며, 2018년 4월 30일에 대기권으로 재진입했다.
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로시 엑스선 타이밍 익스플로러 | |
---|---|
Rossi X-ray Timing Explorer | |
![]() | |
임무 정보 | |
임무 유형 | 천문학 |
운영자 | NASA |
COSPAR ID | 1995-074A |
SATCAT | 23757 |
웹사이트 | RXTE 홈페이지 |
임무 기간 | 16년 (달성) |
우주선 정보 | |
우주선 | Explorer LXVIX |
우주선 유형 | Rossi X-ray Timing Explorer |
우주선 버스 | X-ray Timing Explorer |
제작사 | 고다드 우주 비행 센터 |
발사 질량 | 3200 kg |
전력 | 800 W |
발사 정보 | |
발사 날짜 | 1995년 12월 30일, 13:48:00 UTC |
발사 로켓 | Delta II 7920-10 (Delta 230) |
발사 장소 | 케이프커내버럴, SLC-17A |
발사 계약자 | McDonnell Douglas Astronautics Company |
궤도 정보 | |
궤도 기준 | 지구 중심 궤도 |
궤도 유형 | 저궤도 |
궤도 근지점 | 409 km |
궤도 원지점 | 409 km |
궤도 경사 | 28.50° |
궤도 주기 | 92.60분 |
궤도 굴곡 | gee |
상태 정보 | |
서비스 시작 | 1995년 12월 30일 |
작동 중단 | 2012년 1월 12일 |
궤도 이탈 | 2018년 4월 30일 |
탑재 장비 | |
ASM | 전천 감시 장치 (All Sky Monitor) |
HEXTE | 고에너지 X선 타이밍 실험 (High-Energy X-ray Timing Experiment) |
PCA | 비례 계수 배열 (Proportional Counter Array) |
프로그램 정보 | |
프로그램 | 익스플로러 계획 |
이전 임무 | 태양 이상 및 자기권 입자 탐사선 (Explorer 68) |
다음 임무 | 고속 오로라 스냅숏 탐사선 (Explorer 70) |
2. 주요 임무 및 특징
엑스선 타이밍 익스플로러(XTE) 임무는 2~200 keV 에너지 범위와 마이크로초에서 수년에 이르는 시간 규모에서 블랙홀, 중성자별과 같은 컴팩트 천체를 포함한 항성 및 은하계 시스템의 시간적 변화와 광대역 스펙트럼 현상을 연구하는 것을 주요 목표로 삼았다.[3] 이를 위해 비례 계수 배열(PCA), 고에너지 엑스선 타이밍 실험(HEXTE), 전천 감시 장치(ASM) 등 세 가지 주요 과학 장비를 탑재했다.[3]
1995년 12월 30일 미국 플로리다 케이프커내버럴에서 델타 로켓으로 성공적으로 발사되었다. 초기에는 XTE라는 이름으로 불렸으나, 1996년 초 이탈리아계 미국인 천체물리학자 브루노 로시의 업적을 기려 로시 엑스선 타이밍 익스플로러(Rossi XTE, RXTE)로 공식 명칭이 변경되었다.
RXTE는 X선 펄서, X선 폭발 등 다양한 천체로부터 오는 X선의 미세한 시간 변화를 정밀하게 관측했으며, 2012년 1월 4일 마지막 관측 데이터를 지구로 전송한 뒤 다음 날인 1월 5일 공식적으로 운용을 종료했다.
RXTE는 뛰어난 기동성과 정밀한 지향 능력, 높은 데이터 전송률을 특징으로 하는 혁신적인 설계를 채택했다.[3] 추적 및 데이터 중계 위성 시스템(TDRSS)과의 연동을 통해 고다드 우주 비행 센터(GSFC)에서 거의 실시간으로 데이터를 수신할 수 있었으며, 모든 관측 시간은 전 세계 과학자들이 제출한 연구 제안서를 동료 심사를 통해 공정하게 배분되었다.[3]
2. 1. 관측 장비
로시 엑스선 타이밍 익스플로러(RXTE)는 블랙홀, 중성자별, X선 펄서, X선 폭발 등에서 나오는 X선의 시간 변화를 관측하기 위해 세 가지 주요 관측 장비를 탑재했다. 이 장비들은 각각 '''PCA'''(비례 계수 배열, Proportional Counter Array), '''HEXTE'''(고에너지 X선 타이밍 실험, High-Energy X-ray Timing Experiment), '''ASM'''(전천 감시 장치, All Sky Monitor)이다.[3]=== 전천 감시 장치 (All-Sky Monitor, ASM) ===
전천 감시 장치(ASM)는 하늘 전체를 대상으로 X선 관측을 수행하여, 특정 천체에서 발생하는 X선 플레어 현상을 감지해 알리고, 장기간에 걸쳐 X선원의 밝기 변화를 기록하는 역할을 했다. 하루 관측으로 게 성운 밝기의 수 퍼센트 수준까지 감지할 수 있는 민감도를 가졌다.[5] ASM은 총 유효 면적 90cm2의 비례 계수기를 갖춘 세 개의 광각 섀도우 카메라로 구성되었다. 주요 특징은 다음과 같다.[6][7]
- 에너지 범위: 2–12 keV
- 시간 해상도: 매 90분마다 하늘의 80% 관측
- 공간 해상도: 3′ × 15′
- 섀도우 카메라: 3개, 각 6° × 90° 시야각(FoV)
- 유효 면적: 90cm2
- 검출기: 위치 감지 기능이 있는 제논 비례 계수기
- 감도: 30 mCrab
ASM은 매사추세츠 공과대학교(MIT)의 우주 연구 센터(CSR)에서 제작했으며, 주 연구자는 할 브래드(Hale Bradt) 박사였다.
=== 고에너지 X선 타이밍 실험 (High-Energy X-ray Timing Experiment, HEXTE) ===
고에너지 X선 타이밍 실험(HEXTE)은 20~200 keV 범위의 높은 에너지 X선 영역에서 은하 및 외부 은하 X선원의 시간적 변화와 스펙트럼 특성을 연구하기 위해 설계된 신틸레이터 배열이다.[8] HEXTE는 각각 4개의 포스위치 신틸레이션 검출기를 포함하는 두 개의 클러스터로 이루어져 있다. 각 클러스터는 16초에서 128초 간격으로 관측 대상에서 1.5° 또는 3.0° 떨어진 지점을 번갈아 관측하며 배경 방사선을 측정하는 "로킹"(rocking, 빔 전환) 기능을 수행했다. 이를 통해 배경 잡음을 효과적으로 제거할 수 있었다. 또한, 빠르게 변하는 현상을 포착하기 위해 들어오는 신호를 8 마이크로초(μs) 간격으로 샘플링했다. 각 검출기에는 아메리슘-241 방사성 동위원소 소스가 장착되어 자동으로 이득(gain)을 조절했다. HEXTE의 주요 성능은 다음과 같다.[9]
- 에너지 범위: 15–250 keV
- 에너지 분해능: 60 keV에서 15%
- 시간 샘플링: 8 마이크로초
- 시야각: 1° FWHM
- 검출기: 4개의 NaI/CsI 신틸레이션 계수기로 구성된 2개 클러스터
- 집광 면적: 2 × 800cm2
- 감도: 1 Crab = HEXTE 클러스터당 초당 360 카운트
- 배경: HEXTE 클러스터당 초당 50 카운트
HEXTE는 캘리포니아 대학교 샌디에이고(UCSD)의 천체물리학 및 우주과학 센터(CASS)에서 설계 및 제작되었다. HEXTE의 수석 연구원은 리처드 E. 로스차일드(Richard E. Rothschild) 박사였다.
=== 비례 계수 배열 (Proportional Counter Array, PCA) ===
비례 계수 배열(PCA)은 2~60 keV 에너지 범위에서 은하 및 외부 은하 X선원의 시간 변화와 스펙트럼 특성을 연구하기 위한 장비로, 약 6500cm2의 넓은 X선 검출 면적을 제공했다.[10] PCA는 총 6500cm2의 집광 면적을 가진 5개의 동일한 비례 계수기 유닛(PCU)으로 구성된 배열이었다. 기기의 주요 특성은 다음과 같다.[11]
- 에너지 범위: 2–60 keV
- 에너지 분해능: 6 keV에서 18% 미만
- 시간 분해능: 1 마이크로초(μs)
- 공간 분해능: 1°(FWHM) 콜리메이터
- 검출기: 5개의 비례 계수기
- 집광 면적: 6500cm2
- 층 구성: 1개의 프로페인 베토 층, 각각 2개로 나뉜 3개의 제논 층, 1개의 제논 베토 층
- 감도: 0.1 mCrab
- 배경: 90 mCrab (추정치)
PCA는 고다드 우주 비행 센터(GSFC)의 고에너지 천체물리학 연구소(LHEA)에서 제작되었으며, 주 연구원은 진 스왕크(Jean Swank) 박사였다.[11]
2. 2. 운용 방식
엑스선 타이밍 익스플로러(XTE)는 새로운 우주선 설계를 통해 유연한 운용이 가능했다. 빠른 지향 능력, 높은 데이터 전송 속도, 추적 및 데이터 중계 위성 시스템(TDRSS)과의 다중 접근 링크를 통해 고다드 우주 비행 센터(SOC)에서 거의 실시간으로 데이터를 수신할 수 있었다.[3]기동성이 뛰어나 분당 6° 이상의 속도로 회전할 수 있었으며, 탑재된 지향성 기기인 비례 계수 배열(PCA)과 고에너지 엑스선 타이밍 실험(HEXTE)은 하늘의 어느 지점이든 0.1° 미만의 정밀도로 조준할 수 있었다. 자세 결정 정확도는 약 1 분각 수준이었다.[3] 회전 가능한 태양 전지판 덕분에 지상 관측소와의 협력을 위해 태양 반대 방향을 향할 수도 있었다.[3]
통신 시스템은 2개의 지향성 고이득 안테나를 사용하여 TDRSS와 거의 끊임없는 통신을 유지했다. 또한, 약 4개의 궤도 분량에 해당하는 1 GB의 데이터를 저장할 수 있는 온보드 솔리드 스테이트 메모리를 갖추어 관측 일정 수립에 유연성을 더했다.[3]
데이터 전송 요구 사항은 다음과 같다.[4]
통신 방식 | 데이터 종류 | 전송 속도 |
---|---|---|
TDRSS 다중 접속(MA) 링크 (연속, 배제 구역 제외) | 엔지니어링/하우스키핑 (실시간 및 재생) | 16 또는 32 kbps |
과학 데이터 (재생) | 48 또는 64 kbps | |
TDRSS 단일 접속(SSA) 접촉 (궤도당 20분) | 엔지니어링/하우스키핑 (실시간 및 재생) | 32 kbps |
과학 데이터 (재생) | 512 또는 1024 kbps | |
발사 및 비상 상황 (TDRSS MA/SSA) | 엔지니어링/하우스키핑 (실시간) | 1 kbps |
로시 엑스선 타이밍 익스플로러(Rossi X-ray Timing Explorer, RXTE)의 관측 결과는 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 예측한 관성계 끌림 효과의 존재에 대한 증거로 사용되었다. 2007년 말까지 RXTE의 결과는 1400편 이상의 과학 논문에 인용되었다.
데이터 전송의 비트 오류율은 궤도의 95% 이상에서 10-8 미만으로 유지되어야 했다.[4]
모든 XTE 관측 시간은 제출된 제안서에 대한 동료 심사를 통해 국제 과학계에 배분되었다.[3]
3. 과학적 성과
주요 과학적 발견은 다음과 같다.
RXTE는 2012년 1월 12일에 과학 운용을 중단했다.[15]
4. 임무 종료 및 대기권 재진입
NASA 과학자들은 퇴역한 로시 엑스선 타이밍 익스플로러(RXTE)가 "2014년에서 2023년 사이"에 지구 대기권으로 재진입할 것이라고 발표했다.[16] 이 위성은 1995년 12월에 발사되었는데, 이는 NASA가 궤도상 잔해에 관한 첫 가이드라인을 만들기 4개월 전이었다. 또한, RXTE는 궤도 변경을 위한 추진제를 탑재하지 않아 임무 종료 후 재진입을 통제할 수 없는 상태였다.[21]
2012년 1월 말, NASA는 RXTE가 통제 불능 상태로 추락하여 인명 피해를 입힐 확률이 1/1,000이라고 밝혔다. 이는 NASA가 인공위성 재진입 시 용인하는 위험 기준(1/10,000)보다 10배 높은 수치이며, 2011년 추락한 UARS(1/3,200)나 ROSAT(1/2,000)보다도 높은 위험도였다.
이후 재진입 시기는 2018년 4월 말 또는 5월 초로 수정 예측되었고,[17] 최종적으로 2018년 4월 30일에 궤도를 이탈하며 대기권으로 재진입했다.[18] 다만, 위성의 궤도 경사각은 23도로 낮아 중·고위도 지역에 낙하할 가능성은 없었다.
참조
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웹사이트
NASA's Rossi X-ray Timing Explorer Leaves Scientific "Treasure Trove"
https://www.nasa.gov[...]
NASA
2018-05-00
[2]
웹사이트
Trajectory: X-Ray Timing Explorer (1995-074A) Explorer 69
https://nssdc.gsfc.n[...]
NASA
2021-10-28
[3]
웹사이트
Display: X-Ray Timing Explorer (1995-074A) Explorer 69
https://nssdc.gsfc.n[...]
NASA
2021-10-28
[4]
웹사이트
Telecommunications Description
https://nssdc.gsfc.n[...]
NASA
2021-10-28
[5]
웹사이트
Experiment: All-Sky Monitor (ASM)
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Heasarc.gsfc.nasa.gov
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The RXTE All Sky Monitor Data Products
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Experiment: High Energy X-ray Timing Experiment (HEXTE)
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Experiment: Proportional Counter Array (PCA)
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Proportional Counter Array (PCA)
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2011-12-06
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뉴스
Dying Star Reveals More Evidence for New Kind of Black Hole
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Galactic Glow Gleaned
http://skyandtelesco[...]
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웹사이트
NASA Scientists Identify Smallest Known Black Hole
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2008-04-01
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The RXTE Mission is Approaching the End of Science Operations
http://heasarc.nasa.[...]
2012-01-04
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NASA's aging black hole-stalking probe switched off
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2012-01-11
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웹사이트
NASA Frequently Asked Questions: RXTE Spacecraft Re-entry
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NASA
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웹사이트
A Pioneering NASA Satellite Just Fell to Earth After 2 Decades in Space
https://www.space.co[...]
Space.com
2018-05-15
[19]
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https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/xte/XTE.html
https://heasarc.gsfc[...]
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뉴스
NASA's Rossi X-Ray Timing Explorer Completes Mission Operations
http://www.nasa.gov/[...]
NASA
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뉴스
Threat from retired satellite exceeds NASA standards
http://spaceflightno[...]
Spaceflightnow.com
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문서
http://www.scienceblog.com/cms/dying_star_reveals_more_evidence_for_new_kind_of_black_hole_9685
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http://www.nasa.gov/[...]
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