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루시 (우주선)

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목차

1. 개요

루시는 2021년 발사된 NASA의 디스커버리 계획의 일환인 소행성 탐사선이다. 2015년에 제안되어 개발 및 발사 대상으로 선정되었으며, 2021년 10월에 발사되었다. 루시는 목성의 트로이군 소행성들을 탐사하며, L'Ralph, L'LORRI, L'TES 등 다양한 과학 장비를 탑재하고 있다. 2025년부터 2033년까지 딩키네시를 포함한 여러 소행성들을 근접 비행하며 탐사할 예정이다. 루시에는 지구인 20명의 메시지를 담은 금색 명판이 실려 있다.

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루시 (우주선)
기본 정보
루시 우주선이 트로이 소행성 617 파트로클루스와 그 동반성 메노이티우스를 지나가는 상상도
루시 우주선이 617 파트로클루스와 그 이진 동반성 메노이티우스를 지나가는 상상도
이름루시
다른 이름디스커버리 미션 13
임무 유형다중 소행성 플라이바이
운영 기관NASA고더드SwRI
웹사이트루시 미션 웹사이트
임무 기간12년 (예정)
발사일2021년 10월 16일 09:34 UTC
COSPAR ID2021-093A
SATCAT49328
발사체아틀라스 V 401 (AV-096)
발사장케이프커내버럴 SLC-41
발사 계약자유나이티드 런치 얼라이언스
우주선 정보
제작사록히드 마틴
발사 질량1550 kg
건조 질량821 kg
크기13 m (길이), 태양 전지판 직경 7.3 m
전력504 와트 (가장 먼 조우 시)
탐사 장비
장비고해상도 가시광선 이미저 (L'LORRI)
광학 및 근적외선 이미징 분광계 (L'Ralph)
열 적외선 분광계 (L'TES)
임무 로고
다이아몬드 모양의 문장에는 왼쪽에 루시 화석, 중앙에 루시 우주선, 목성 트로이 소행성의 예술적 표현이 들어 있습니다. 오른쪽 상단에는 큰 굵은 빨간색 글꼴로
루시 미션 패치
프로그램
소속 프로그램디스커버리 프로그램
이전 임무인사이트
다음 임무프시케

2. 역사와 제작 배경

루시는 2015년 1월 디스커버리 계획에 제안된 탐사선이다. 2015년 9월 디스커버리 계획의 일환으로 최종 선정되었으며, 2021년 발사되기로 결정되었다. 다른 탐사선들은 취소되었으며, 디자인 예산은 3백만 달러 이내로 책정되었다.[83][84][85][86] 예산이 이보다 늘어나면 발사가 지연되거나 취소될 수 있었다.

NASA는 2014년 11월 5일에 발표된 디스커버리 프로그램 기회 공고(AO)를 통해 루시를 선정했다.[20] 2015년 2월에 마감된 제안 요청에는 총 28건의 제안이 접수되었으며, 이들은 2021년 말까지 발사 준비가 되어야 했다.

2015년 9월 30일, 루시는 심층 개념 설계 연구 및 분석을 위해 300만달러를 받은 5개의 최종 후보 임무 중 하나로 선정되었다.[21][22][23][24] 다른 최종 후보는 다빈치(DAVINCI), 근지구 천체 카메라(NEOCam), 프시케(Psyche), 베리타스(VERITAS)였다. 2017년 1월 4일, 루시와 프시케가 개발 및 발사 대상으로 최종 선정되었다.

2019년 1월 31일, NASA는 루시가 2021년 10월 플로리다주 케이프커내버럴 우주군 기지에서 아틀라스 V 401 발사체를 이용해 발사될 것이라고 발표했다. 발사 총 비용은 1.483억달러로 추산되었다.[25] 2019년 2월 11일, 스페이스X는 "훨씬 저렴한 비용"으로 루시를 같은 궤도에 발사할 수 있다고 주장하며 계약 수주에 대해 항의했지만, 2019년 4월 4일 항의를 철회했다.[26]

2020년 8월 28일, NASA는 루시가 핵심 의사 결정 지점 D(KDP-D)를 통과하여 우주선과 장비를 조립하고 시험할 수 있게 되었다고 발표했다.[27] 우주선 장비는 2020년 10월 26일 L'LORRI부터 도착하기 시작했다.[28] 2021년 7월 30일, 우주선은 보잉 C-17 글로브마스터 III 수송기로 발사 준비를 위해 플로리다로 수송되었고, 2021년 9월 30일 로켓 페어링에 탑재되었다.

루시는 2021년 10월 16일 09시 34분(UTC)에[29][30] 23일간의 발사 기간이 시작되면서 발사되었다.[30]

2. 1. 개발 과정에서의 문제점

루시(Lucy) 임무의 책임 연구원인 해럴드 F. 레비슨(Harold F. Levison)


2021년 10월 16일, 루시는 두 개의 태양전지판을 펼치기 시작했다. 초기 배치는 순조롭게 진행된 것처럼 보였지만, 나중에 하나의 태양전지판이 완전히 고정된 상태로 열리지 않은 것이 발견되었다.[50] NASA 과학 담당 부국장인 토머스 주르부헌(Thomas Zurbuchen)은 우주선이 "안전하고 안정적"이라고 강조했다. 10월 26일 후속 테스트 결과, 문제가 된 태양전지판은 75~95% 정도만 펼쳐진 것으로 나타났다.

NASA는 태양전지판을 그대로 두는 것을 포함하여 다양한 옵션을 검토 중이라고 밝혔다.[51][52] 2022년 1월 말, NASA는 하나의 태양전지판이 완전히 펼쳐지고 안전하게 고정되지 못한 원인을 밝혀냈다고 발표했다. 당시 NASA는 태양전지판 배치 모터를 추가로 작동시켜 태양전지판을 다시 배치하거나, 더 이상 조작하지 않고 현재 상태로 두는 두 가지 옵션을 검토했다. 하나의 태양전지판이 부분적으로만 펼쳐졌음에도 불구하고, 우주선은 임무 수행에 필요한 충분한 전력을 생산하고 있었다. NASA는 옵션을 신중하게 고려하고, 이 문제가 임무에 긴급한 위험이 아니기 때문에 훨씬 나중에 조치를 취할 것이라고 밝혔다.[53]

2022년 5월 9일, 루시는 고정되지 않은 태양전지판 배치를 완료하기 위한 첫 번째 단계를 수행했다. 이는 태양전지판을 완전히 펼치고 고정하기 위한 것이 아니라, 지상 테스트가 태양전지판 고정 문제를 충분히 반영하는지 확인하기 위한 것이었다. 데이터 검토 후, 다음 단계는 추가 배치 시도로 계획되었다.[54][55]

2022년 8월 5일까지, NASA는 태양전지판이 360도 중 353~357도까지 열렸지만 고정되지 않았으며, 임무 운영에 필요한 우주선 작동에 충분히 안정적이라고 보고했다.[56][57]

2022년 12월 13일 시도 이후, NASA팀은 태양전지판 작업을 중단했다.[58]

3. 과학 장비 (페이로드)

루시 탐사선에는 세 가지 주요 과학 장비가 탑재되어 있다.[87] 이들 장비는 대부분 다른 탐사선에 사용되었던 장비를 본떠 만들었다.[87]


  • L'Ralph: 적외선 분광기와 가시광선 전 영역 컬러 이미저로 구성되어 있다. 뉴 허라이즌스 호의 Ralph 장비를 기반으로 고다드 우주비행센터에서 제작했다.
  • L'LORRI: 고해상도 가시광선 이미저로, 뉴 허라이즌스 호의 LORRI 장비를 기반으로 존스 홉킨스 대학교 응용물리학 연구소에서 제작했다.
  • L'TES: 열 적외선 분광계로, 오시리스-렉스의 OTES와 유사하며 애리조나 주립대학교에서 제작했다.


이 외에도, 통신 전파의 도플러 효과를 이용한 전파 과학 탐사가 소행성의 질량을 결정하기 위해 수행될 것이며, T2CAM(터미널 추적 카메라)은 소행성의 광시야 이미지를 촬영하여 소행성의 모양을 파악하는 데 사용될 것이다.

3. 1. L'Ralph

L'Ralph는 적외선 분광기로, 소행성을 적외선으로 관측하는 것이 목적이다. 고다드 우주 센터에서 제작했으며, 뉴 허라이즌스 호에 탑재된 페이로드를 본떠 만들었다.[87] L'Ralph는 표면의 규산염, 얼음 및 유기물을 측정하는 데 사용될 것이다.

L'Ralph


L'Ralph 장비는 구경 75mm의 f/6 삼중 반사 렌즈 설계를 가지고 있다. 망원경 구조는 비열 이미징 시스템을 제공하기 위해 하나의 알루미늄 블록으로 구성되어 있다. 빔스플리터는 더 긴 파장의 빛을 LEISA로 투과시키고 ~960nm보다 짧은 빛을 MVIC에 반사시킨다. 이 장비는 직경 약 50.80cm의 방열판으로 수동 냉각되어 LEISA 검출기를 ~100K로 냉각한다. 이전 장비와 비교하여 L'Ralph 장비의 새로운 구성 요소는 스캔 미러 어셈블리이다. 스캔 미러는 가시 이미지 또는 적외선 스펙트럼을 구축하기 위해 대상을 Ralph 초점면에 걸쳐 스윕하는 데 사용된다.[31]

L'Ralph는 가시광선 전 영역 컬러 이미저/적외선 분광계이다. 뉴호라이즌스의 Ralph를 기반으로 하며, 고다드 우주센터에서 개발될 예정이다.[72]

3. 2. L'LORRI

L'LORRI는 뉴 허라이즌스의 LORRI 장비를 기반으로 존스 홉킨스 대학교 응용물리학 연구소에서 제작한 고해상도 가시광선 이미저이다.[31] 트로이 소행성의 표면에 대한 가장 상세한 이미지를 제공할 목적으로 제작되었다.[31]

L'LORRI는 뉴 허라이즌스 LORRI와 동일한 검출기를 사용하며 동일한 광학 설계를 가지고 있다.[31] 주경의 직경은 20.8cm이고, 시스템의 초점 거리는 262cm이며, 검출기는 Teledyne e2v의 1024 × 1024 박막 후면 조명 프레임 전송 CCD이다.[31] 각 픽셀은 5μrad를 차지하며 FWHM이 15μrad 미만인 점 확산 함수를 가질 것이다.[31]

기존 장비와의 주요 차이점은 중복 전자 장비, LORRI 데이터를 저장할 메모리, 장비 수용의 차이가 있다는 점이다.[31] 뉴 허라이즌스에서 LORRI 장비는 우주선 내부에 있었지만, 루시에서 L'LORRI는 장비 지향 플랫폼(IPP)에 장착되어 있다.[31]

L'LORRI의 CAD 도면

3. 3. L'TES

L'TES는 열 적외선 분광기로, 열 적외선을 관측하는 것이 목적이다. 애리조나 주립대학교에서 제작하였으며, 오시리스-렉스의 페이로드를 본떠 만들었다. 일부 소행성들이 잘 보이지 않는 진홍색에 빛을 잘 반사하지 않는 특성이 있기 때문에 장착되었다.[88]

150px


L'TES는 관측된 트로이 소행성의 열적 특성을 밝혀낼 것이며, 이는 소행성 표면 물질의 구성과 구조를 파악하는 데에도 도움이 될 것이다. 5AU에 있는 트로이 소행성은 오시리스-렉스가 탐사한 소행성 베누보다 훨씬 차갑기 때문에, 루시 임무는 L'TES를 사용하여 표면 구성을 파악하는 대신 주로 레골리스(표면 덮개층) 특성을 추론하는 데 사용할 것이다.

L'TES는 직경 15.2cm의 카세그레인 망원경, 화학 기상 증착 다이아몬드 빔스플리터가 있는 마이켈슨 간섭계 및 비냉각, 중수소화 L-알라닌 도핑 트리글리신 설페이트(DLATGS) 열전 검출기를 포함하여 OTES와 동일한 광기계적 설계를 가지고 있다. 잠재적인 미광 경로를 제거하고 계측 레이저 시스템을 개선하기 위해 망원경 배플과 주경 내경을 수정했다. 내부 보정 콘 블랙바디 타겟은 방사 측정 보정을 제공한다.

L'TES 장비는 6~75μm의 데이터를 수집하며 300cm⁻¹(7.4μm)과 1350cm⁻¹(33μm) 사이에서 2.310⁻⁸Wcm⁻²sr⁻¹cm⁻¹의 노이즈 등가 분광 방사량(NESR)을 가진다. 75K보다 높은 온도의 표면의 경우 L'TES는 2K의 정확도로 온도를 결정할 것이다. 장비의 50% 원형 에너지는 6.5 mrad를 차지한다.

L'TES는 지속적으로 간섭도(0.5, 1.0 또는 2.0초마다)를 수집하고 다운링크 전에 저장을 위해 우주선으로 전송하는 하나의 데이터 수집 모드를 가진다. 이 장비는 가장 근접 접근 전 하루 전에 데이터 수집을 시작하는데, 이는 목표물이 장비의 시야(FOV)를 채우기 전이다. 데이터 수집은 가장 근접 접근 후 하루까지 계속된다. L'TES 장비는 하루 중 다른 시간대의 네 곳에서 각 트로이 소행성의 복사량을 측정하며, 한 관측은 태양 아래 지점에서 30° 이내의 위치를 측정하고 다른 관측은 비조명 표면을 측정한다는 추가 요구 사항이 있다.[31]

3. 4. 질량 측정기

도플러 효과를 이용하여 목표 천체의 질량을 측정한다. 전파과학 조사는 우주선 전파 통신 하드웨어와 고이득 안테나를 사용하여 도플러 효과를 측정, 트로이 소행성의 질량을 결정한다.

3. 5. T2CAM

T2CAM(터미널 추적 카메라, TTCAM)은 소행성의 모양을 더 잘 파악하기 위해 소행성의 광시야 이미지를 촬영하는 데 사용될 것이다.

4. 탐사 일정 및 목표 천체

루시(Lucy)의 계획도.


루시(Lucy) 임무의 목표 중 일곱 개: 이중 소행성 파트로클로스/메노이티오스, 에우리바테스, 오루스, 류쿠스, 폴리멜레, 그리고 소행성대 소행성 도널드조한슨.


루시 탐사선은 목성의 라그랑주 점 L4와 L5에 위치한 트로이군 소행성들을 탐사할 예정이다.[89][90] 2021년 10월 16일 발사된 루시는 2022년과 2024년에 지구 중력 도움을 받아 궤도를 수정했다.

루시는 2025년에 52246 도널드조한슨을 시작으로, 2027년부터 2033년까지 3548 에우리바테스, 15094 폴리멜, 11351 레우쿠스, 21900 오러스, 617 파트로클루스와 그 위성 메노에티우스를 차례로 방문할 예정이다.[15][33][34][35]

4. 1. 주요 탐사 일정



루시는 라그랑주 점 L4와 L5에 있는 트로이군 천체를 탐사할 예정이다.[89][90] 주요 탐사 일정은 다음과 같다.

연도사건
2021년10월 16일 오전 9시 34분 (UTC) 케이프커내버럴 우주군 기지에서 발사되었다.[67]
2022년10월 16일, 1차 지구 스윙바이(중력도움)를 실시했다.[68]
2023년11월 1일 (UTC) 경, 소행성 딩키네슈에 접근 관측하여 딩키네슈가 접촉 이중소행성임을 발견했다.[69]
2024년12월 13일 4시 15분 (UTC), 2차 지구 스윙바이(중력도움)를 실시했다.[70]
2025년 4월52246 도날드조한슨 근접 통과 예정.[15]
2027년 8월3548 에우리바테스 근접 통과 예정.
2027년 9월15094 폴리멜 근접 통과 예정.
2028년 4월11351 레우쿠스 근접 통과 예정.
2028년 11월21900 오러스 근접 통과 예정.
2033년 3월617 파트로클루스와 그 위성 메노에티우스 방문 예정.[91]



루시는 2027년에 목성 L4 트로이 소행성군에 도착하여 여러 소행성을 스윙바이할 예정이다. 이후 지구 근처로 돌아와 중력도움을 받은 후 목성의 L5점으로 향하여 파트로클로스와 그 위성 메노에티우스를 탐사할 예정이다. 또한, 트로이 소행성군에 도착하기 전인 2025년에는 소행성대 내측에 있는 도널드요한슨도 스윙바이할 예정이다.[71]

4. 2. 목표 천체



루시 우주선의 L'LORRI 카메라가 근접 접근 1분 전, 약 거리에서 촬영한 딩키네시(152830 Dinkinesh)와 그 위성 셀람


루시(Lucy) 탐사선이 탐사할 목표 천체는 라그랑주 점 L4와 L5에 있는 트로이군 천체이다.[89][90]

루시 탐사선 목표 천체
접근 일자천체분류지름비고
2025년 4월 20일52246 도널드조한슨C형 소행성약 4km소행성대 내측, 에리고네 충돌 가족
2027년 8월 12일3548 에우리바테스C형 소행성약 64km
(퀘타 위성: 약 1km)		L4, 트로이군 중 유일하게 확인된 파괴적인 충돌 가족의 가장 큰 구성원.
2027년 9월 15일15094 폴리멜P형 소행성약 21km
(위성: 약 5km)		L4, 붉은색 표면은 유기 톨린 화합물 풍부
2028년 4월 18일11351 레우쿠스D형 소행성약 34kmL4, 느린 자전 주기 (466시간)
2028년 11월 11일21900 오러스D형 소행성약 51kmL4
2033년 3월 2일617 파트로클루스
메노에티우스		P형 소행성파트라클로스: 약 113km
메노에티우스: 약 104km		L5, 680km 간격으로 서로 공전[91]


5. 지원, 개발, 투자



루시는 2014년 11월 5일에 발표된 NASA의 디스커버리 프로그램 공고를 통해 선정되었다.[20] 2015년 2월에 마감된 제안 요청에는 2021년 말까지 발사 준비가 완료되어야 한다는 조건이 있었으며, 총 28개의 제안서가 제출되었다.

2015년 9월 30일, 루시는 심층 개념 설계 연구 및 분석을 위해 300만달러를 지원받는 5개의 최종 후보 임무 중 하나로 선정되었다.[21][22][23][24] 다른 최종 후보는 다빈치(DAVINCI), 근지구 천체 카메라(NEOCam), 프시케(Psyche), 베리타스(VERITAS)였다. 2017년 1월 4일, 루시와 프시케가 개발 및 발사 대상으로 최종 선정되었다.

2019년 1월 31일, NASA는 루시가 2021년 10월 플로리다주 케이프커내버럴 우주군 기지(Cape Canaveral Space Force Station)에서 아틀라스 V 401(Atlas V 401) 발사체를 이용해 발사될 것이라고 발표했다. 발사 총 비용은 1.483억달러로 추산되었다.[25] 2019년 2월 11일, 스페이스X(SpaceX)는 "훨씬 저렴한 비용"으로 루시를 같은 궤도에 발사할 수 있다고 주장하며 계약 수주에 대해 항의했지만, 2019년 4월 4일 항의를 철회했다.[26]

2020년 8월 28일, NASA는 루시가 핵심 의사 결정 지점 D(KDP-D)를 통과하여 우주선과 장비를 조립하고 시험할 수 있도록 "적색 신호"를 받았다고 발표했다.[27] 우주선 장비는 2020년 10월 26일 L'LORRI부터 도착하기 시작했다.[28] 2021년 7월 30일, 우주선은 보잉 C-17 글로브마스터 III(Boeing C-17 Globemaster III) 수송기로 발사 준비를 위해 플로리다로 수송되었고, 루시는 2021년 9월 30일 로켓 페어링에 탑재되었다.

루시는 2021년 10월 16일 09시 34분 UTC에[29][30] 23일간의 발사 기간이 시작되면서 발사되었다.[30]

사우스웨스트연구소의 콜로라도주 볼더에 있는 해롤드 F. 레비슨이 주임 연구원이며, 사우스웨스트연구소의 시몬 마르키가 부주임 연구원이다. NASA의 고다드 우주비행센터가 NASA 본부의 행성과학국-과학 임무국 산하 마셜 우주비행센터의 행성 임무 프로그램 사무소의 지시에 따라 임무를 수행한다.

6. 골든 플라크 (Golden Plaque)

루시호에 실린 명판. 지구인 20명의 메시지가 담겨 있다


우주선에는 발사일, 발사일의 행성 위치, 발사 당시의 지구 대륙, 예상 궤도, 마틴 루터 킹 주니어, 칼 세이건, 비틀스 등 여러 사람의 연설, 시, 노래 가사 20개를 담은 금색 명판이 실려 있다. 이 우주선은 태양계를 벗어나지 않으며, 의도적으로 행성에 충돌시키지 않을 것이므로, 미래 세대의 인류가 이를 회수할 가능성이 있다.[32]

참조

[1] 웹사이트 The Lucy Spacecraft and Payload http://lucy.swri.edu[...] Southwest Research Institute 2018-07-09
[2] 웹사이트 Lucy https://nssdc.gsfc.n[...] NASA Space Science Data Coordinated Archive 2023-02-03
[3] 웹사이트 U.S. Launch Schedule https://forum.nasasp[...] NASASpaceflight.com 2021-10-16
[4] 웹사이트 NASA's Lucy Mission Clears Critical Milestone http://www.nasa.gov/[...] NASA 2019-10-21
[5] 웹사이트 Lucy: The First Mission to the Trojan Asteroids https://www.nasa.gov[...] NASA 2017-04-21
[6] 뉴스 A Metal Ball the Size of Massachusetts That NASA Wants to Explore https://www.nytimes.[...] 2017-01-06
[7] 웹사이트 Watch a video tour of NASA's Lucy asteroid explorer https://spaceflightn[...] Spaceflight Now 2021-10-06
[8] 웹사이트 NASA Selects Two Missions to Explore the Early Solar System https://www.nasa.gov[...] NASA 2017-01-04
[9] 뉴스 Five Solar System sights NASA should visit http://www.nature.co[...] Nature 2015-03-16
[10] 서적 Lucy's Legacy: The Quest for Human Origins Crown Publishing Group 2010
[11] 뉴스 NASA's asteroid hunter Lucy soars into the sky with diamonds https://www.latimes.[...] 2021-10-16
[12] 웹사이트 Lucy completes its first Earth gravity assist after a year in space https://www.nasaspac[...] NASA Spaceflight.com 2022-10-16
[13] 웹사이트 NASA's Lucy Team Announces New Asteroid Target https://www.nasa.gov[...] 2023-01-25
[14] 웹사이트 NASA Awards Launch Services Contract for Lucy Mission https://www.nasa.gov[...] NASA 2019-01-31
[15] 뉴스 NASA announces five Discovery proposals selected for further study http://www.planetary[...] The Planetary Society 2015-09-30
[16] 보도자료 SwRI awarded US$3 million NASA contract to develop mission to Jupiter's Trojan asteroids https://www.swri.org[...] Southwest Research Institute 2015-10-02
[17] 웹사이트 PIA16211: Trojan Colors Revealed (Artist's Concept) http://photojournal.[...] NASA 2012-10-15
[18] 웹사이트 What Is Jupiter? http://www.nasa.gov/[...] NASA 2015-06-01
[19] 뉴스 NASA announces five Discovery proposals selected for further study http://www.planetary[...] The Planetary Society 2015-09-30
[20] 웹사이트 FY 2021 PRESIDENT'S BUDGET REQUEST SUMMARY https://www.nasa.gov[...] NASA
[21] 보도자료 SwRI Awarded US$3 Million NASA Contract To Develop Mission To Jupiter's Trojan Asteroids https://www.swri.org[...] Southwest Research Institute 2015-10-02
[22] 웹사이트 NASA Selects Investigations for Future Key Planetary Mission http://www.nasa.gov/[...] NASA 2015-09-30
[23] 뉴스 NASA receives proposals for new planetary science mission http://spaceflightno[...] Spaceflight Now 2014-02-24
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