근지구 천체 카메라

1. 개요

근지구 천체 카메라(NEO Surveyor)는 140m보다 큰 잠재적 위험 천체(PHO)를 발견하고 특성화하기 위한 NASA의 우주 망원경 임무이다. 2005년 미국 의회는 NASA에 이 임무를 위임했지만, 자금 할당은 이루어지지 않았다. NEOCam 프로젝트로 시작되어 디스커버리 프로그램에 여러 번 제안되었으나 발사에 실패했고, 이후 NEO 감시 임무로 변경되었다. NEO Surveyor는 50cm 적외선 망원경을 사용하여 태양-지구 L1 라그랑주 점 궤도에서 운용되며, 2026년 이후 발사될 예정이다. 주요 목표는 지구에 위협이 될 수 있는 소행성의 대부분을 발견하고 궤도를 파악하는 것이며, 제트 추진 연구소(JPL)가 개발을 주도한다.

2. 역사

2005년, 미국 의회는 미국 항공우주국(NASA)에 140m보다 큰 위험한 소행성을 2020년까지 발견, 목록화하고 특성화하기 위한 탐사를 완료하도록 의무화했다. 그러나 이 노력에 대한 구체적인 자금을 할당하지는 않았다. NASA는 이 무자금 위임 사항에 우선순위를 두지 않았으며, 행성 방어 및 재해 완화 계획과 관련 없는 일반 자금을 위해 근지구 천체 카메라(NEOCam) 프로젝트가 과학 임무와 경쟁하도록 지시했다.

NEOCam은 2006년, 2010년, 2015년, 2016년, 2017년에 NASA의 디스커버리 프로그램에 제출되었지만, 매번 발사 대상에 선정되지 못했다. 그럼에도 불구하고, 이 임무 개념은 소행성 및 혜성 감지 및 크기 측정을 위해 최적화된 새로운 적외선 감지기를 설계하고 테스트하기 위해 2010년에 기술 개발 자금을 받았다. 이 프로젝트는 2015년 9월(300만 달러), 2017년 1월에 추가 기술 개발 자금을 받았다. 2010년, NASA는 연구원들에게 디자인&테스트를 할 비용을 계산해 예산 배정을 해 주었다. 2015년 9월 30일 3백만 달러를 배정했으며, 이는 1년간 NEOcam을 연구할 수 있는 예산이다. 잘 실현되는 듯 보였으나 2017년 1월 4일 루시와 프시케가 디스커버리 13과 14로 선출되면서 계획은 취소되었다.

NASA의 행성 과학 부서 외부 또는 의회 자체에서 임무에 대한 완전한 자금 지원 요청에 따라, NASA의 과학 부국장은 2019년 9월 23일에 NEOCam이 자금 경쟁 대신 행성 과학 부서 내의 행성 방어 조정실 예산으로 NEO 감시 임무라는 이름으로 시행될 것이라고 발표했다. 2019년 7월에 기존 감지 방법을 벗어난 소행성 2019 OK의 근접 통과는 이 결정에 도움이 되었을 것으로 보인다.

NEO 감시 임무는 자금 지원 및 관리를 위해 공식적으로 새로운 프로젝트이지만, 동일한 우주 망원경, 동일한 팀이며, 임무 목표는 변경되지 않았다.

2.1. 제안 및 초기 개발

2005년, 미국 의회는 미국 항공우주국(NASA)에 140m보다 큰 위험한 소행성을 2020년까지 발견, 목록화하고 특성화하기 위한 탐사를 완료하도록 의무화했다. 그러나 이 노력에 대한 구체적인 자금을 할당하지는 않았다. NASA는 이 무자금 위임 사항에 우선순위를 두지 않았으며, 행성 방어 및 재해 완화 계획과 관련 없는 일반 자금을 위해 근지구 천체 카메라(NEOCam) 프로젝트가 과학 임무와 경쟁하도록 지시했다.

NEOCam은 2006년, 2010년, 2015년, 2016년, 2017년에 NASA의 디스커버리 프로그램에 제출되었지만, 매번 발사 대상에 선정되지 못했다. 그럼에도 불구하고, 이 임무 개념은 소행성 및 혜성 감지 및 크기 측정을 위해 최적화된 새로운 적외선 감지기를 설계하고 테스트하기 위해 2010년에 기술 개발 자금을 받았다. 이 프로젝트는 2015년 9월(300만 달러), 2017년 1월에 추가 기술 개발 자금을 받았다.

2.2. NEO 감시 임무로의 전환

2005년, 미국 의회는 NASA에 2020년까지 140m보다 큰 위험한 소행성을 발견, 목록화, 특성화하기 위한 탐사를 달성하도록 의무화했지만, 구체적인 자금을 할당하지는 않았다. NASA는 이 무자금 위임 사항에 우선순위를 두지 않았고, 행성 방어 및 재해 완화 계획과 관련 없는 일반 자금을 위해 근지구 천체 카메라(NEOCam) 프로젝트가 과학 임무와 경쟁하도록 지시했다.

NEOCam은 2006년, 2010년, 2015년, 2016년, 2017년에 NASA의 디스커버리 프로그램에 제안되었지만, 발사 대상으로 선정되지 못했다. 그럼에도 불구하고, 2010년에 소행성 및 혜성 감지 및 크기 측정을 위해 최적화된 새로운 적외선 감지기 설계 및 테스트를 위한 기술 개발 자금을 지원받았다. 이 프로젝트는 2015년 9월(300만 달러)과 2017년 1월에 추가 기술 개발 자금을 지원받았다.

NASA의 행성 과학 부서 외부 또는 의회 자체에서 임무에 대한 완전한 자금 지원 요청에 따라, NASA의 과학 부국장은 2019년 9월 23일에 NEOCam이 자금 경쟁 대신 행성 과학 부서 내의 행성 방어 조정실 예산으로 NEO 감시 임무라는 이름으로 시행될 것이라고 발표했다. 2019년 7월에 기존 감지 방법을 벗어난 소행성 2019 OK의 근접 통과는 이 결정에 도움이 되었을 것으로 보인다.

NEO 감시 임무는 자금 지원 및 관리를 위해 공식적으로 새로운 프로젝트이지만, 동일한 우주 망원경, 동일한 팀이며, 임무 목표는 변경되지 않았다.

3. 임무 목표

이 임무의 주요 목표는 임무 수행 과정에서 140m보다 큰 잠재적 위험 천체의 대부분을 발견하고 그들의 궤도를 특성화하는 것이다. 시야와 감도는 새로운 근지구 천체 약 200,000개에서 300,000개를 지름이 10m 정도로 작은 크기로 발견할 수 있을 만큼 넓고 깊을 것이다. 부가적인 과학 목표에는 소행성대에서 약 백만 개의 소행성과 수천 개의 혜성을 탐지하고 특성화하는 것과 인간 및 로봇 탐사를 위한 잠재적 근지구 천체 대상을 식별하는 것이 포함된다.

제트 추진 연구소(JPL)가 이 임무의 개발을 주도한다. 이 임무의 총 비용은 5억 달러에서 6억 달러 사이로 추정된다.

NEO Surveyor 웹사이트에는 다음과 같은 임무 요구 사항이 명시되어 있다.

* 지름 140미터보다 큰 소행성의 ⅔를 찾는다.
* 잠재적인 지구 충돌체에 의해 제기되는 전체 위협을 평가한다.
* 혜성으로 인한 충돌 위협을 평가한다.
* 발견된 특정 물체의 궤도와 물리적 특성을 결정한다.

3.1. 주요 목표

근지구 천체 카메라(NEO Surveyor) 임무의 주요 목표는 임무 수행 기간 동안 140m 이상의 잠재적 위험 천체(PHO) 대부분을 발견하고 그 궤도를 특성화하는 것이다. 10m 크기의 작은 근지구 천체(NEO)를 20만~30만 개 이상 발견할 수 있을 것으로 예상된다. 부가적인 과학 목표에는 소행성대에서 약 100만 개의 소행성과 수천 개의 혜성을 탐지하고 특성화하는 것과, 인간 및 로봇 탐사를 위한 잠재적 NEO 대상을 식별하는 것이 포함된다.

제트 추진 연구소(JPL)가 이 임무 개발을 주도하며, 총 비용은 5억 달러에서 6억 달러 사이로 추정된다.

NEO Surveyor 웹사이트에는 다음과 같은 임무 요구 사항이 명시되어 있다.
* 지름 140미터보다 큰 소행성의 ⅔를 찾는다.
* 잠재적인 지구 충돌체에 의해 제기되는 전체 위협을 평가한다.
* 혜성으로 인한 충돌 위협을 평가한다.
* 발견된 특정 물체의 궤도와 물리적 특성을 결정한다.

3.2. 세부 요구 사항

이 임무의 주요 목표는 임무 수행 과정에서 140m보다 큰 잠재적 위험 천체의 대부분을 발견하고 그들의 궤도를 특성화하는 것이다. 시야와 감도는 새로운 근지구 천체 약 200,000개에서 300,000개를 지름이 10m 정도로 작은 크기로 발견할 수 있을 만큼 넓고 깊을 것이다. 부가적인 과학 목표에는 소행성대에서 약 백만 개의 소행성과 수천 개의 혜성을 탐지하고 특성화하는 것과 인간 및 로봇 탐사를 위한 잠재적 근지구 천체 대상을 식별하는 것이 포함된다.

제트 추진 연구소(JPL)가 이 임무의 개발을 주도한다. 이 임무의 총 비용은 5억 달러에서 6억 달러 사이로 추정된다.

NEO Surveyor 웹사이트에는 다음과 같은 임무 요구 사항이 명시되어 있다.
* 지름 140미터보다 큰 소행성의 ⅔를 찾는다.
* 잠재적인 지구 충돌체에 의해 제기되는 전체 위협을 평가한다.
* 혜성으로 인한 충돌 위협을 평가한다.
* 발견된 특정 물체의 궤도와 물리적 특성을 결정한다.

4. 기술적 특징

4.1. 우주선

2026년 이후 발사 예정이다. 근지구 천체 카메라(NEO Surveyor) 우주선의 총 질량은 1300kg을 넘지 않으며, 팰컨 9 블록 5와 같은 발사체를 사용하여 태양-지구 L₁ 라그랑주 점으로 발사할 수 있다. 이 임무는 10년 이내에 의회의 90% 목표를 달성해야 하며, 예상 임무 수명은 12년이다.

4.2. 망원경 및 카메라

50cm 구경의 적외선 망원경을 탑재하고, 4µm에서 10µm 사이의 파장 범위에서 두 개의 열 적외선 채널로 관측을 수행한다. 카메라는 NC1 (4–5.2 µm) 채널과 NC2 (6–10 µm) 채널을 갖는다. NC1 채널은 천체 측정 등록 및 보정, 유효 온도 측정을 위해 배경 별을 감지하며, NC2 채널은 200-300K에서 일반적인 NEO 열 복사 감지에 최적화되어 있다. 시야각은 11.56 제곱 도이다.

텔레다인 이미징 센서에서 수정한 천문 광역 적외선 이미저(HAWAII) 수은 카드뮴 텔루라이드 검출기의 버전을 사용하며, 임무 프로토타입 검출기는 2013년 4월에 성공적으로 테스트되었다. 검출기 배열은 2,048 × 2,048 픽셀이며 하루에 82기가비트의 데이터를 생성한다. 극저온 유체 냉각 없이, 검출기는 방사 냉각을 통해 스피처 우주 망원경에서 입증된 기술을 사용하여 30K까지 수동 냉각된다.

5. 운영 방식

근지구 천체 카메라는 태양-지구 L₁ 지점 주변의 헤일로 궤도에서 작동하며, 우주 차광막을 사용할 것이다. 이 궤도는 지구로의 빠른 데이터 다운링크 속도를 가능하게 하여, 망원경에서 전체 프레임 이미지를 다운로드할 수 있게 한다.

NEOWISE에 비해 넓은 시야를 가진것이 장점이다. 근지구 천체 카메라는 태양으로부터 경도상 45~120° 사이의 어느 곳이든 가리킬 수 있으며, 황도 위도 ±40°에서 멈출 수 있다. 조사는 잠재적으로 위험한 물체를 감지하도록 최적화될 것이며 기본 임무(5년) 동안 지속적으로 수행될 것이다. 데이터 다운로드를 위해 매일 2.25시간 동안 조사가 중단될 것이다. 또한 보정, 궤도 유지 및 운동량 관리 기동을 위해 중단될 것이다. 근지구 천체 카메라는 또한 특별한 관심 대상에 대한 더 많은 정보를 얻기 위해 목표 후속 조치(TFO)를 수행할 수 있다.

이동하는 물체 트랙릿은 발견 후 평균 72시간 후에 하루에 2~3번 소행성 센터에 전달될 예정이다. 또한 심층 중첩 이미지는 12개월마다 게시된다. 이러한 심층 중첩 이미지는 WISE의 이미지와 유사하게 천문학자들이 별, 갈색 왜성 및 멀리 떨어진 은하를 연구하는 데 사용될 가능성이 높다. 근지구 천체 카메라가 시간 영역 천문학 과도 현상 경보 인프라를 포함할 것이라고 제안되었지만, 2023년 10월 현재까지 계획된 것은 없다.

발사 후 처음 30일 동안 궤도 내 점검이 수행될 것이다. L₁에 도착한 후 근지구 천체 카메라 팀은 6개월 동안의 조사를 검증할 것이다. 정상적인 조사에서 망원경은 처음 5년 동안 직경이 140미터보다 큰 소행성의 ⅔를 감지할 것으로 예상된다. 정상적인 임무는 최소 12년 동안 지속될 것이다. 조사가 끝나면 망원경은 퇴역하여 태양 중심 궤도에 배치될 것이다.

5.1. 궤도 및 관측

근지구 천체 카메라는 태양-지구 L₁ 지점 주변의 헤일로 궤도에서 작동하며, 우주 차광막을 사용할 것이다. 이 궤도는 지구로의 빠른 데이터 다운링크 속도를 가능하게 하여, 망원경에서 전체 프레임 이미지를 다운로드할 수 있게 한다.

NEOWISE에 비해 넓은 시야를 가진것이 장점이다. 근지구 천체 카메라는 태양으로부터 경도상 45~120° 사이의 어느 곳이든 가리킬 수 있으며, 황도 위도 ±40°에서 멈출 수 있다. 조사는 잠재적으로 위험한 물체를 감지하도록 최적화될 것이며 기본 임무(5년) 동안 지속적으로 수행될 것이다. 데이터 다운로드를 위해 매일 2.25시간 동안 조사가 중단될 것이다. 또한 보정, 궤도 유지 및 운동량 관리 기동을 위해 중단될 것이다. 근지구 천체 카메라는 또한 특별한 관심 대상에 대한 더 많은 정보를 얻기 위해 목표 후속 조치(TFO)를 수행할 수 있다.

이동하는 물체 트랙릿은 발견 후 평균 72시간 후에 하루에 2~3번 소행성 센터에 전달될 예정이다. 또한 심층 중첩 이미지는 12개월마다 게시된다. 이러한 심층 중첩 이미지는 WISE의 이미지와 유사하게 천문학자들이 별, 갈색 왜성 및 멀리 떨어진 은하를 연구하는 데 사용될 가능성이 높다. 근지구 천체 카메라가 시간 영역 천문학 과도 현상 경보 인프라를 포함할 것이라고 제안되었지만, 2023년 10월 현재까지 계획된 것은 없다.

발사 후 처음 30일 동안 궤도 내 점검이 수행될 것이다. L₁에 도착한 후 근지구 천체 카메라 팀은 6개월 동안의 조사를 검증할 것이다. 정상적인 조사에서 망원경은 처음 5년 동안 직경이 140미터보다 큰 소행성의 ⅔를 감지할 것으로 예상된다. 정상적인 임무는 최소 12년 동안 지속될 것이다. 조사가 끝나면 망원경은 퇴역하여 태양 중심 궤도에 배치될 것이다.

5.2. 데이터 처리 및 배포

근지구 천체 카메라(NEO Surveyor)에서 관측된 이동 물체의 궤적(tracklet)은 발견 후 평균 72시간 이내에 소행성 센터로 하루 2~3회 전송된다. 또한, 12개월마다 심층 중첩 이미지가 공개되어, 천문학자들이 이를 활용해 별, 갈색 왜성, 은하 등을 연구할 수 있다.

6. 개발 및 지원

NASA, JPL, 캘리포니아 공과 대학교와 Amy Mainzer 연구팀이 NEO 서베이어 프로젝트에 참여하고 있다.