주노 (우주선)

3. 역사

2005년 6월 9일, 주노는 뉴 프론티어 계획의 일환으로, 뉴 호라이즌스에 이어 두 번째로 채택된 목성 탐사 임무이다.^[16] 2000년대 초, 유로파 궤도선 계획이 취소되고,^[17] 대규모 목성 탐사 계획은 자금 문제로 유럽 우주국(ESA)의 목성 얼음 위성 탐사선(JUICE)으로 변경되는 등,^[19] 목성 탐사에 대한 열망은 있었으나 승인된 임무는 없었다.^[17][18]

주노는 2011년 8월 5일 플로리다주 케이프커내버럴 우주군 기지에서 아틀라스 V 로켓에 실려 발사되었다.^[176] 2013년 10월 9일, 지구 근접 비행을 통해 중력 도움을 받아 속도를 3.9km/s 이상 증가시켰다.^[32][33][34] 2016년 7월 5일, 목성 궤도에 성공적으로 진입하여^[5] 약 53.5일 주기의 타원형 극궤도를 돌기 시작했다.

이후 위성 근접 비행을 통해 궤도 주기를 변경했다. 2021년 6월 7일 가니메데 근접 비행으로 53일에서 43일로,^{[194][195][176]} 2022년 9월 29일 유로파 근접 통과로 43일에서 38일로,^[195] 2024년 2월 3일 이오 근접 통과로 33일로 단축되었다.^[195]

주노의 초기 극궤도는 목성의 방사선대와의 접촉을 최소화하도록 설계되었으며, 탐사선은 방사선 보호 장치를 통해 보호된다.

NASA는 당초 2018년 2월에 종료될 예정이었던 주노의 임무를 2021년 7월까지 연장 승인했다.^[154] 현재 주노는 운영 종료부터 데이터 분석을 포함한 임무 종료인 2022년까지 자금이 제공되어 주요 과학 목표를 달성할 수 있을 것으로 보인다.

3. 1. 개발 배경

3. 2. 발사 및 궤도

3. 3. 임무 연장

4. 과학적 목표 및 성과

주노는 목성의 기원과 진화를 밝혀 태양계의 시작에 대한 이해를 높이는 것을 목표로 하는 탐사선이다. 이를 위해 극궤도에 존재하는 성분, 중력장, 자기장을 조사하고, 목성 대기에 존재하는 물의 양, 바위 응어리 존재 여부, 행성의 질량 분포를 조사한다. 또한 시속 600km에 도달할 수 있는 목성의 대기를 조사한다.^[39]

주노의 초기 극궤도는 탐사선을 목성으로부터 약 4,200km까지 접근시키고, 칼리스토 궤도 너머 810만 km까지 멀리 나아가게 한다. 당초 주노는 20개월 동안 37회의 궤도를 완료할 것으로 예상되었으나, 엔진 문제로 인해 53일 궤도에 머무르며 2018년 7월까지 12회의 과학 궤도만 완료했다.^[22][40] 이후 NASA는 임무를 2021년 7월까지 연장했고,^[53] 2021년 1월에는 2025년 9월까지 다시 연장했다.^[54]

궤도는 목성의 방사선대와의 접촉을 최소화하기 위해 신중하게 계획되었으며, 탐사선은 두께 1cm의 티타늄 벽으로 구성된 "주노 방사선 금고"를 통해 전자 장비를 보호한다.^[8][41][42]

4. 1. 주요 목표

• 산소와 수소의 비율을 측정하여 목성의 물의 양을 효과적으로 측정하고, 이를 통해 목성의 형성과 태양계의 형성을 연결하는 주요 이론들을 구별하는 데 도움이 된다.
• 목성의 핵 질량을 더 정확하게 추정하여 목성의 형성과 태양계의 형성을 연결하는 주요 이론들을 구별하는 데 도움이 된다.
• 목성의 중력장을 정밀하게 매핑하여 목성 내부의 질량 분포, 구조 및 역학적 특성을 평가한다.
• 목성의 자기장을 정밀하게 매핑하여 자기장의 기원과 구조, 그리고 행성의 자기장이 생성되는 깊이를 평가한다. 이 실험은 과학자들이 다이나모 이론의 기본 물리학을 이해하는 데에도 도움이 된다.
• 모든 위도에서 100bar보다 훨씬 큰 압력까지 대기의 구성, 온도, 구조, 구름 불투명도 및 역학적 변화를 매핑한다.
• 목성의 극지방 자기권과 오로라의 3차원 구조를 특징짓고 탐구한다.^[66]
• 목성의 각운동량에 의해 발생하는 궤도 프레임 드래깅(프레임끌림), 즉 렌즈-티링 세차를 측정하고^[67][68], 목성의 자전과 관련된 일반 상대성 이론 효과에 대한 새로운 검증을 수행할 수도 있다.^[69]

4. 2. 주요 성과

5. 탐사 장비

주노 탐사선은 9개의 과학 장비를 통해 목성의 대기, 자기장, 중력장, 오로라 등 다양한 현상을 관측하여 목성의 형성과 진화 과정을 밝히는 과학적 목표를 달성하고 있다.^{[70][83][71][72][73]}

명칭	이미지	영문 명칭 (약칭)	개요
자력계		Magnetmeter (MAG)	목성의 내부 구조와 자기장을 조사한다. 자력선의 세기와 방향을 측정하는 플럭스게이트 센서 2개와 자력 센서의 방향을 감시하는 첨단 항성 나침반(ASC)으로 구성되어 있다.
중력 측정 장치		Gravity Science (GS)	목성 중력장을 측정하여 목성의 내부 구조를 밝힌다. 지구와의 통신에 사용되는 X밴드와 Ka밴드 신호의 차이를 통해 중력을 측정한다.
에너지 입자 검출 장치		Jovian Energetic Particle Detector Instrument (JEDI)	목성 특정 영역 내의 에너지, 각도, 이온의 종류(수소, 헬륨, 산소, 황)를 검출한다. 400keV(킬로전자볼트) - 500 keV의 전자와 200 - 1000keV의 이온을 검출할 수 있다.
오로라 분포 관측 실험 시스템		Jovian Auroral Distributions Experiment (JADE)	목성의 오로라를 생성하는 전자와 이온을 검출하는 센서이다. 4개의 센서 중 3개는 전자를, 1개는 양전하를 띤 수소, 헬륨, 산소, 황 이온을 식별한다.
전파 실험 장치		Waves	목성의 대기, 자기장, 자기권 간의 상호 작용을 밝히고 목성 오로라 발생 기전을 밝히도록 설계되었다. 50 Hz - 40 MHz의 무선 주파수, 50 Hz - 20 kHz까지의 자기장을 검출한다.
자외선 영상 분광계		Ultraviolet Spectrograph (UVS)	목성의 오로라를 적외선으로 촬영한다. JADE, JEDI와 함께 오로라, 대기와 충돌하는 입자, 행성 전체의 자기권과의 관계를 이해하는 데 사용된다.
주노 카메라		JunoCam	주노에 탑재된 컬러 카메라이다. 일반인을 대상으로 하며, 주노 임무의 과학 장비에는 포함되지 않는다.

이 임무는 여러 기관 파트너의 참여로 수행되고 있으며, 고다드 우주비행센터(Goddard Space Flight Center)의 잭 코너니(Jack Connerney)가 기기 책임자로 활동했다.^[62][63]

5. 1. 마이크로파 방사계 (MWR)

5. 2. 적외선 오로라 매퍼 (JIRAM)

5. 3. 자력계 (MAG)

5. 4. 중력 과학 (GS)

5. 5. 목성 오로라 분포 실험 (JADE)

5. 6. 목성 에너지 입자 검출기 (JEDI)

5. 7. 전파 및 플라스마파 센서 (Waves)

5. 8. 자외선 분광기 (UVS)

5. 9. 주노캠 (JCM)

6. 운용 구성 요소

주노는 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG) 대신 태양전지판을 사용하여 목성 탐사 임무를 수행한 최초의 탐사선이다. 이전의 목성 탐사선들과 달리, 주노는 태양 에너지를 이용하여 비행한 탐사선 중 역사상 가장 먼 거리를 이동했다.^[90] 주노는 세 개의 태양전지판을 사용하며, 각 전지판은 크기가 2.7m x 8.9m에 달하고, 50m² 면적의 활성 셀을 제공한다.^[96][97][98] 지구에서는 12~14kW의 전력을 생산할 수 있지만, 목성에서는 약 486W만 생성되며, 방사선으로 인해 420W까지 감소할 것으로 예상된다.^[101]

통신은 NASA 심우주 통신망(DSN)의 안테나를 이용한 X 대역 직접 링크를 통해 이루어진다. 비행 컴퓨터는 약 50 Mbit/s의 계기 처리량을 제공하며, 중력 과학 하위 시스템은 X 대역과 Ka 대역 도플러 추적 및 자동 범위 측정을 사용한다.^[104] 통신 제약으로 인해 주노는 11일 주기의 각 궤도 동안 약 40 메가바이트의 주노캠 데이터만 반환할 수 있다.^[105]

주 엔진으로는 영국 무그(Moog Inc.)사에서 제작한 LEROS 1b 엔진을 사용하며, 하이드라진(hydrazine)과 사산화 이질소(nitrogen tetroxide)를 추진제로 사용한다.^[108] 목성 궤도 진입 및 궤도 기동에 사용 가능한 추진제 양은 1232kg이다. 또한, 자세 제어 및 궤적 수정을 위해 12개의 소형 추력기를 포함하는 모노프로펠런트 반응 제어 시스템(RCS)을 이용한다.^[69]

6. 1. 태양 전지판

6. 2. 통신

6. 3. 추진

7. 기념 명판 및 미니피겨

8. 타임라인

9. 갤러리

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