INTEGRAL
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1. 개요
INTEGRAL은 유럽 우주국(ESA)의 감마선 관측 위성으로, 2002년 발사되어 지구 대기권의 방해 없이 감마선을 관측하는 임무를 수행한다. 프로톤 로켓으로 발사되었으며, 2029년 대기권 재진입을 목표로 궤도 조정을 실시했다. IBIS, SPI, JEM-X, OMC, IREM 등 다양한 관측 장비를 탑재하여 넓은 에너지 범위에서 천체를 관측하며, 중성자별 합병과 빠른 전파 폭발로부터 감마선을 감지하는 등 다중 신호 천문학에 기여했다.
INTEGRAL은 지구 대기의 방해 없이 자외선, X선, 감마선을 관측하기 위해 우주에서 운용되는 천문대이다. 2002년 카자흐스탄의 바이코누르 우주 기지에서 프로톤-DM2 로켓으로 발사되었다.[16] 발사 후, INTEGRAL은 근지점 10,000km, 원지점 153,000km, 궤도 주기 72시간의 타원 궤도에 진입했다. 이 궤도는 지구 방사선대 대부분을 벗어나 전하 입자에 의한 기기 배경 잡음을 최소화한다. 원지점은 북반구에 위치하여 빛이 차단되는 시간을 줄이고 지상 관제소와 통신 시간을 최대화한다.
INTEGRAL 우주선은 XMM-뉴턴의 설계를 기반으로 제작되어 개발 비용 절감과 지상 시설과의 통합을 간소화했다. 주 계약업체는 알레니아 스파지오(현 탈레스 알레니아 스페이스 이탈리아)이다.[1] 우주선은 서비스 모듈과 탑재체 모듈로 구성된다.
2. 발사 및 궤도
INTEGRAL의 제어는 독일 다름슈타트의 유럽 우주 운영 센터(ESOC)에서 담당하며, 벨기에 레두와 미국 캘리포니아주 골드스톤 심우주 통신 단지의 지상 기지를 통해 이루어진다.
2. 1. 궤도 조정 및 수명 연장
2015년, INTEGRAL은 연료 사용량이 예상보다 적어 계획된 수명을 초과하였다. 이에 남은 연료의 절반을 사용하여 2029년에 안전하게 대기권에 재진입하도록 궤도를 조정했다.[16] 이는 우주 쓰레기 가이드라인을 준수하기 위한 조치였다.
2020년 7월, 추력기 고장으로 INTEGRAL은 안전 모드로 전환되었다.[17] 이후 반작용 휠을 이용한 대체 알고리즘이 개발 및 테스트되어 임무를 연장할 수 있었다.
2021년 9월에는 단일 이벤트 교란(SEU)으로 인해 INTEGRAL이 통제 불능 상태로 회전하는 상황이 발생했다.[18] 운영팀은 반작용 휠을 사용하여 자세 제어를 복구하는 데 성공했다.
2023년 3월, INTEGRAL의 과학 운영은 2024년 말까지 연장되었다. 이후 2년간의 사후 운영 단계를 거쳐 2029년 2월에 대기권에 재진입할 때까지 우주선에 대한 추가적인 모니터링이 이루어질 예정이다.
3. 우주선 구조
3. 1. 서비스 모듈
XMM-뉴턴 본체를 복제하여 제작된 서비스 모듈은 개발 비용을 절감하고 기반 시설 및 지상 시설과의 통합을 단순화했다. 하지만 다른 발사체와의 결합을 위해 어댑터가 필요했다. 감마선과 경 X선을 위해 사용된 더 밀도가 높은 기기들로 인해 INTEGRAL은 유럽 우주국(ESA)이 발사한 과학 탑재체 중 가장 무거운 탑재체가 되었다.[1]
서비스 모듈은 주로 복합 재료로 제작되었다. 추진 시스템은 4개의 노출된 탱크에 544kg의 하이드라진 단일 추진제를 사용한다. 티타늄 탱크는 30°C에서 24 바 (2.4 MPa)로 가스를 주입했으며, 탱크 다이어프램이 있다. 자세 제어는 별 추적기, 여러 개의 태양 센서, 그리고 여러 개의 모멘텀 휠을 통해 이루어진다. 펼쳤을 때 16미터에 달하고 수명 초기(BoL)에 2.4kW를 생산하는 이중 태양 전지판은 이중 니켈-카드뮴 배터리 세트로 백업된다.[1]
3. 2. 탑재체 모듈
탑재체 모듈은 복합체로 구성되어 있다. 강체 기초가 검출기 복합체를 지탱하고, H자형 구조가 검출기로부터 약 4m 떨어진 부호화 마스크를 지탱하고 있다.[1] 탑재체는 본체와 별도로 제조, 시험이 가능하여 비용 절감에 도움이 된다.[1]
주요 제조 기업은 탈레스 알레니아 스페이스이다.[1]
4. 관측 장비
INTEGRAL은 넓은 에너지 범위에서 천체를 관측하기 위해 4개의 주요 관측 장비를 탑재하고 있다. 시야가 넓은 4개의 기기가 함께 정렬되어 있어, X선이나 광학 망원경으로는 관측하기 어려운 넓은 에너지 범위(거의 두 자릿수에 달하는)에서 천체를 연구할 수 있다. 이미징은 픽셀화된 카메라에 그림자를 드리우는 코드화된 마스크를 통해 이루어지며, 텅스텐 마스크는 스페인 발렌시아 대학교에서 제공했다.
ACS의 넓은 유효 면적은 그 자체로도 유용한 기기로 판명되었다. 전천후 관측과 감도는 이를 자연스러운 감마선 폭발 검출기로 만들었으며, IPN(InterPlanetary Network)의 귀중한 구성 요소가 되었다.
4. 1. IBIS (Imager on-Board the INTEGRAL Satellite)
INTEGRAL 이미저, '''IBIS'''(Imager on-Board the INTEGRAL Satellite)는 15 keV (경 X선)에서 10 MeV (감마선)까지 관찰하는 장비이다. 각도 분해능은 12분각으로, 밝은 감마선원의 위치를 1분각보다 더 정확하게 측정할 수 있다. 95 x 95 크기의 직사각형 텅스텐 타일 마스크가 감지기 위 3.2미터 위에 있다. 감지기 시스템은 전면 평면의 128 x 128 카드뮴-텔루라이드 타일(ISGRI- Integral Soft Gamma-Ray Imager)과 64 x 64 세슘-요오드 타일(PICsIT- Pixellated Caesium-Iodide Telescope) 평면으로 구성되어 있다. ISGRI는 1 MeV까지 감지할 수 있으며 PICsIT는 10 MeV까지 확장된다. 두 기기 모두 텅스텐과 납의 수동 차폐재로 둘러싸여 있다. IBIS는 이탈리아 로마와 프랑스 파리의 PI 연구소에서 제공했다.4. 2. SPI (SPectrometer of INTEGRAL)
INTEGRAL의 주요 분광기는 SPI(SPectrometer for INTEGRAL)이다. SPI는 20keV에서 8MeV 사이의 감마선을 관측하며, 19개의 게르마늄 결정(육각형으로 배열됨) 검출기 평면 위에 육각형 텅스텐 타일 코드 마스크를 가지고 있다. 에너지 분해능은 1 MeV에서 2 keV로, 모든 후보 감마선 라인을 분해할 수 있다. Ge 결정은 스털링 냉각기의 기계 시스템을 사용하여 약 80K까지 능동적으로 냉각된다.
IBIS와 SPI는 활성 검출기를 사용하여 배경 방사선을 유발하는 하전 입자를 감지하고 거부한다. SPI ACS(AntiCoincidence Shield)는 카메라와 조리개를 둘러싼 BGO 신틸레이터 블록으로 구성되어, 모든 하전 입자와 조리개와 다른 방향에서 기기에 부딪히는 약 75 keV 이상의 에너지 광자를 감지한다. 텅스텐 타일 뒤의 얇은 플라스틱 신틸레이터 층은 조리개 내에서 추가 하전 입자 검출기 역할을 한다.
4. 3. JEM-X (Joint European X-Ray Monitor)
JEM-X (Joint European X-Ray Monitor, 공동 유럽 X선 모니터)는 3~35 keV(킬로전자볼트)의 연X선 및 경X선 영역을 관측하여 INTEGRAL의 주 관측 기기인 IBIS와 SPI의 관측 결과를 보완한다. JEM-X는 넓은 스펙트럼 범위를 제공하며, 파장이 짧아 더 정확한 이미징이 가능하다. 검출기는 육각형 타일 마스크 아래에 있는 마이크로스트립 레이아웃의 가스 신틸레이터(제논 및 메탄)를 사용한다.4. 4. OMC (Optical Monitor)
INTEGRAL에는 500~580nm에서 감지하는 광학 모니터 ('''OMC''') 기기가 포함되어 있다. 이 기기는 프레이밍 보조 장치 역할을 하며, 일부 밝은 대상체의 활동과 상태를 기록할 수 있다. 예를 들어, SN2014J에서 몇 달 동안 초신성 빛을 모니터링하는 데 유용했다.4. 5. IREM (INTEGRAL Radiation Environment Monitor)
IREM (INTEGRAL Radiation Environment Monitor)은 우주선의 방사선 환경을 기록하여 관측 장비를 보정하고, 방사선량이 미리 설정된 임계값을 초과하면 장비를 종료시켜 안전을 유지하는 역할을 한다. IREM은 전자 및 양성자 채널을 가지고 있으며, 우주선까지 감지할 수 있다.5. 과학적 성과
INTEGRAL은 중력파로 관측된 최초의 두 중성자별 합병과 빠른 전파 폭발로부터 감마선을 감지하여 다중 신호 천문학에 기여했다.[11][12] 2018년까지 약 5,600편의 과학 논문이 발표되었으며, 이는 발사 이후 29시간마다 한 편 꼴로 발표된 셈이다.[13]
참조
[1]
웹사이트
NASA - NSSDC - Spacecraft Details
https://nssdc.gsfc.n[...]
NASA
2015-02-02
[2]
웹사이트
INTEGRAL Satellite details 2002-048A NORAD 27540
http://www.n2yo.com/[...]
N2YO
2021-10-17
[3]
간행물
INTEGRAL Observations of Gamma-Ray Bursts
1999-04
[4]
서적
INTEGRAL reloaded: spacecraft, instruments and ground system
http://worldcat.org/[...]
2021-06-23
[5]
서적
SpaceOps 2016 Conference
http://dx.doi.org/10[...]
American Institute of Aeronautics and Astronautics
2016-05-13
[6]
뉴스
Rescuing Integral: No thrust? No problem
https://www.spacedai[...]
2021-07
[7]
웹사이트
Three hours to save Integral
https://www.esa.int/[...]
2021-10-19
[8]
웹사이트
Integral Latest News
https://www.cosmos.e[...]
2021-10-19
[9]
웹사이트
Extended life for ESA's science missions
https://sci.esa.int/[...]
2023-03-20
[10]
문서
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https://www.spacedai[...]
[11]
서적
Proceedings of the New Era of Multi-Messenger Astrophysics — PoS(Asterics2019)
2019-10-29
[12]
간행물
Hunting for elusive multi-messenger transients with INTEGRAL
2019
[13]
뉴스
ESA celebrates an unlikely 20 years of the Integral mission
https://www.theregis[...]
2022-10-24
[14]
간행물
INTEGRAL Observations of Gamma-Ray Bursts
1999-04
[15]
웹사이트
Integral overview
http://www.esa.int/e[...]
ESA
2009-09-05
[16]
뉴스
Integral Manoeuvres for the Future
https://www.esa.int/[...]
ESA
2015-02-01
[17]
뉴스
Rescuing Integral: No thrust? No problem
https://www.esa.int/[...]
ESA
2022-02-17
[18]
뉴스
Three hours to save Integral
https://www.esa.int/[...]
ESA
2022-02-17
[19]
간행물
INTEGRAL Observations of Gamma-Ray Bursts
1999-04
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