보이저 1호
1. 개요
보이저 1호는 1977년 발사된 무인 우주 탐사선으로, 원래는 매리너 11호로 계획되었다. 목성과 토성을 먼저 탐사한 후, 2012년 태양권계면을 통과하여 성간 공간에 진입한 최초의 인공 물체가 되었다. 현재 태양으로부터 약 240억 km 떨어진 곳에서 초속 17km의 속도로 이동하고 있으며, 2025년까지는 일부 장비 작동이 가능할 것으로 예상된다. 보이저 1호에는 지구의 생명체와 문화를 담은 보이저 황금 레코드가 실려 있다.
| 이름 | 보이저 1호 |
|---|---|
| 영어 이름 | Voyager 1 |
| 종류 | 매리너 목성-토성 탐사선 |
| 운영 기관 | 미국 항공우주국/제트 추진 연구소 |
| 웹사이트 | 보이저 공식 웹사이트 |
| 국제 우주선 식별 부호 | 1977-084A |
| 위성체 목록 번호 | 10321 |
| 임무 기간 | 1977년 9월 5일 12:56:01 발사 후 경과 행성 탐사 임무: 1977년 9월 5일 ~ 1980년 12월 14일 성간 임무: 1980년 12월 14일 이후 경과 |
| 제작 | 제트 추진 연구소 |
| 건조 질량 | 721.9kg |
| 발사 질량 | 815kg |
| 전력 | 470 와트 (발사 시) |
| 발사일 | 1977년 9월 5일 12:56:01 UTC |
| 발사 로켓 | 타이탄 IIIE |
| 발사 장소 | 케이프커내버럴 발사 시설 41 |
| 최종 교신 예상 시점 | 2036년 |
| 이전 임무 | 보이저 2호 |
| 다음 임무 | 갈릴레오 |
| 탐사 유형 | 접근 통과 |
|---|---|
| 탐사 대상 | 목성 |
| 최단 접근 거리 | 349,000km |
| 최단 접근 날짜 | 1979년 3월 5일 |
| 탐사 유형 | 접근 통과 |
| 탐사 대상 | 토성 |
| 최단 접근 거리 | 124,000km |
| 최단 접근 날짜 | 1980년 11월 12일 |
| 탐사 유형 | 접근 통과 |
| 탐사 대상 | 타이탄 |
| 추가 정보 | 대기 연구 |
| 최단 접근 거리 | 6,490km |
| 최단 접근 날짜 | 1980년 11월 12일 |
| ISS | 영상 과학 시스템 |
|---|---|
| RSS | 전파 과학 시스템 |
| IRIS | 적외선 간섭계 분광계 및 복사계 |
| UVS | 자외선 분광계 |
| MAG | 삼축 플럭스게이트 자력계 |
| PLS | 플라스마 분광계 |
| LECP | 저에너지 하전 입자 계측기 |
| CRS | 우주선 시스템 |
| PRA | 행성 전파 천문학 조사 |
| PPS | 광편광계 시스템 |
| PWS | 플라스마파 하위 시스템 |
| 프로그램 | 대형 전략 과학 임무 (행성 과학 부서) 보이저 계획 |
|---|---|
| 현재 위치 | 166.28 AU (248억 7천만 킬로미터) |
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1977년 발사한 우주선 -
보이저 2호
보이저 2호는 NASA의 그랜드 투어 계획으로 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 탐사하기 위해 발사되어 중력도움 기술로 외행성들을 탐사하고 태양계를 벗어나 성간 매질에서 탐사를 진행 중인 무인 우주 탐사선이다. -
1977년 우주 개발 -
보이저 2호
보이저 2호는 NASA의 그랜드 투어 계획으로 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 탐사하기 위해 발사되어 중력도움 기술로 외행성들을 탐사하고 태양계를 벗어나 성간 매질에서 탐사를 진행 중인 무인 우주 탐사선이다. -
1977년 우주 개발 -
보이저 금제 음반
보이저 금제 음반은 외계 문명에게 지구와 인류를 알리기 위해 보이저 1, 2호에 실린 타임 캡슐로, 다양한 언어의 인사말, 자연의 소리, 음악, 메시지 등이 담긴 금 도금 구리 디스크이다. -
성간 탐사선 -
보이저 2호
보이저 2호는 NASA의 그랜드 투어 계획으로 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 탐사하기 위해 발사되어 중력도움 기술로 외행성들을 탐사하고 태양계를 벗어나 성간 매질에서 탐사를 진행 중인 무인 우주 탐사선이다. -
성간 탐사선 -
스타샷
스타샷은 브레이크스루 이니셔티브 프로젝트로, 초소형 우주선 스타칩을 광추진 방식으로 가속하여 센타우루스자리 알파별에 도달하는 것을 목표로 태양계 근방의 항성계 탐사를 가능하게 할 잠재력을 가진다.
2. 구상과 발사
보이저 1호는 원래 매리너 계획의 일부인 매리너 11호로 계획되었다. 처음부터 중력 보조를 활용하여, 이른바 '행성간 대여행'이라 불리는 행성 배치를 이용해 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 탐사할 수 있도록 설계되었다. 보이저 1호와 2호는 이 여행을 염두에 두고 설계되었으며, 발사 시점도 이에 맞춰졌다.
1977년 9월 5일, 보이저 1호는 보이저 2호보다 늦게 케이프커내버럴에서 타이탄 IIIE에 실려 발사되었다. 보이저 1호는 더 빠른 궤도로 움직여 목성과 토성을 먼저 탐사했다.
보이저 1호의 발사는 타이탄 로켓의 2단계 엔진 문제로 거의 실패할 뻔했으나, 센타우르 상단 로켓의 연소 시간 연장으로 궤도 진입에 성공했다. 센타우르는 자체 연소 시간을 연장하여 보이저 1호에 필요한 추가 속도를 제공하였으며, 연소 종료 시 추진제 고갈까지 불과 3.4초 남았었다.
2.1. 탐사선 구성
보이저 1호는 제트추진연구소(JPL)에서 제작되었다. 16개의 히드라진 추력기, 3축 안정화 자이로스코프, 그리고 탐사선의 무선 안테나가 지구를 향하도록 유지하기 위한 기준 장비를 갖추고 있다. 이러한 장비들은 대부분 백업 장치와 8개의 백업 추력기를 포함하는 자세 및 관절 제어 하위 시스템(AACS)의 일부이다. 탐사선에는 우주를 여행하는 동안 행성과 같은 천체를 연구하기 위한 11개의 과학 장비가 포함되어 있다.
보이저 1호의 무선 통신 시스템은 태양계의 경계 너머까지 사용하도록 설계되었다. 지구의 심우주 통신망(NASA Deep Space Network) 세 곳의 기지국을 통해 전파를 송수신하기 위해 직경 3.7m의 고이득 카세그레인 안테나를 가지고 있다. 이 우주선은 일반적으로 심우주 통신망 채널 18을 통해 2.3 GHz 또는 8.4 GHz 주파수를 사용하여 지구로 데이터를 전송하며, 지구에서 보이저로의 신호는 2.1 GHz로 전송된다. 보이저 1호가 지구와 통신할 수 없는 경우, 디지털 테이프 레코더(DTR)는 나중에 전송할 약 67메가바이트의 데이터를 기록할 수 있다. 현재, 보이저 1호에서 보낸 신호는 지구에 도달하는 데 22시간 이상이 걸린다.
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보이저 1호에는 붐에 장착된 3개의 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)가 있다. 각 MHW-RTG에는 24개의 압축된 플루토늄-238 산화물 구체가 들어 있다. RTG는 발사 당시 약 470W의 전력을 생성했으며, 나머지는 폐열로 방출되었다. 연료의 87.7년 반감기와 열전대의 열화로 인해 RTG의 출력은 시간이 지남에 따라 감소하지만, 적어도 2025년까지는 일부 작동을 지원할 것이다.
보이저의 다른 장비들과 달리, 가시광선 카메라의 작동은 자율적이지 않고, 비행 데이터 하위 시스템(FDS)이라는 하나의 디지털 컴퓨터에 포함된 이미징 매개변수 테이블에 의해 제어된다. 1990년대 이후 대부분의 우주 탐사선은 완전히 자율적인 카메라를 탑재했다.
컴퓨터 명령 하위 시스템(CCS)은 카메라를 제어한다. CCS에는 명령 디코딩, 오류 감지 및 오류 수정 루틴, 안테나 조준 루틴, 우주선 시퀀싱 루틴과 같은 고정된 컴퓨터 프로그램이 포함되어 있다. 이 컴퓨터는 1970년대 바이킹 궤도선에 사용된 컴퓨터의 개선된 버전이다.
자세 및 관절 제어 하위 시스템(AACS)은 우주선의 방향(자세)을 제어한다. 고이득 안테나를 지구 방향으로 유지하고, 자세 변경을 제어하며, 스캔 플랫폼을 조준한다. 두 보이저에 탑재된 맞춤형 AACS 시스템은 동일하다.
| 계기 이름 | 약칭 | 설명 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 영상 과학 시스템 | (ISS) | 목성, 토성 및 궤도를 따라 위치한 다른 천체들의 영상을 제공하기 위해 2개의 카메라 시스템(협대역/광대역)을 사용했다. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 필터 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 협대역 카메라 | |||
|---|---|---|---|
| 이름 | 파장 | 스펙트럼 | 감도 |
| 0 – 투명 | 280–640 nm | ||
| 4 – 투명 | 280–640 nm | ||
| 7 – UV | 280–370 nm | ||
| 1 – 보라색 | 350–450 nm | ||
| 2 – 파란색 | 430–530 nm | ||
| 5 – 녹색 | 530–640 nm | ||
| 6 – 녹색 | 530–640 nm | ||
| 3 – 주황색 | 590–640 nm |
| 광대역 카메라 | |||
|---|---|---|---|
| 이름 | 파장 | 스펙트럼 | 감도 |
| 2 – 투명 | 280–640 nm | -- | |
| 3 – 보라색 | 350–450 nm | -- | |
| 1 – 파란색 | 430–530 nm | -- | |
| 6 – CH4-U | 536–546 nm | ||
| 5 – 녹색 | 530–640 nm | -- | |
| 4 – Na-D | 588–590 nm | ||
| 7 – 주황색 | 590–640 nm | -- | |
| 0 – CH4-JST | 614–624 nm |
2.2. 과학 장비
보이저 1호는 제트추진연구소(JPL)에서 제작되었으며, 우주를 여행하는 동안 행성과 같은 천체를 연구하기 위한 11개의 과학 장비가 포함되어 있다.
3. 목성 탐사
1979년 1월부터 목성 사진 촬영을 시작하여, 3월 5일에 목성에 가장 근접했다. 이때 목성 중심에서 349000km 거리까지 접근했다. 근접으로 인해 해상도가 좋은 관측 데이터를 얻을 수 있었기 때문에, 목성의 위성, 고리, 목성계의 자기장과 방사선 환경 등에 대한 관측은 대부분 가장 근접한 전후 48시간 동안 진행되었다. 목성 촬영은 4월에 종료되었다.
2대의 보이저 탐사선은 목성과 그 위성에 대한 많은 중요한 발견을 가져왔다. 그 중에서도 가장 놀라운 발견은 과거에 지상에서 관측이나 파이오니어 10호, 파이오니어 11호가 관찰하지 못했던 이오의 화산 활동 존재를 밝혔다는 것이다.
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4. 토성 탐사
보이저 1호는 목성에서 중력 보조를 성공적으로 수행하여 토성으로 향했다. 1980년 11월에 토성에 도착했고, 1980년 11월 12일에 가장 가까이 접근했을 때 토성의 구름 꼭대기에서 약 124000km 떨어진 곳까지 접근했다. 탐사선의 카메라는 토성의 고리에서 복잡한 구조를 발견했고, 원격 탐사 장비는 토성과 가장 큰 위성인 타이탄의 대기를 연구했다.
보이저 1호는 토성 상층 대기의 약 7%가 헬륨(목성 대기의 11%와 비교)이고, 거의 나머지는 모두 수소임을 발견했다. 토성의 내부 헬륨 함량은 목성과 태양과 같을 것으로 예상되었기 때문에, 상층 대기에서 헬륨의 함량이 낮은 것은 더 무거운 헬륨이 토성의 수소를 통해 천천히 가라앉고 있음을 시사할 수 있다. 이것은 토성이 태양으로부터 받는 에너지보다 과도한 열을 방출하는 이유를 설명할 수 있다. 토성에서는 강한 바람이 불고 있으며, 적도 근처에서 보이저는 약 500m/s의 바람을 측정했다. 바람은 주로 동쪽으로 분다.
보이저는 대기 중 중위도에서 수소의 오로라와 같은 자외선 방출과 극지방(65도 이상)에서 오로라를 발견했다. 고위도 오로라 활동은 탄화수소 분자의 형성을 유도할 수 있으며, 이는 적도쪽으로 이동한다. 햇빛이 비치는 지역에서만 발생하는 중위도 오로라는 지구에서 오로라를 일으키는 것으로 알려진 전자와 이온의 충격이 주로 고위도에서 발생하기 때문에 수수께끼로 남아 있다. 두 보이저 모두 토성의 자전(하루의 길이)을 10시간 39분 24초로 측정했다.
보이저 1호의 임무에는 대기가 있다고 오랫동안 알려진 토성 최대 위성인 타이탄의 근접 비행이 포함되었다. 1979년 파이오니어 11호가 촬영한 이미지는 대기가 상당하고 복잡하다는 것을 나타냈고, 관심을 더욱 높였다. 타이탄 근접 비행은 우주선이 토성에 더 가까이 접근하여 관측을 저해할 가능성을 피하기 위해 시스템에 진입하면서 발생했으며, 4000km 이내로 접근하여 지구와 태양에서 보이는 타이탄 뒤편을 통과했다. 보이저가 측정한 대기의 태양광에 대한 영향과 지상에서 측정한 탐사선의 무선 신호에 대한 영향을 사용하여 대기의 구성, 밀도 및 압력을 결정했다. 탐사선의 궤적에 대한 영향을 관찰하여 타이탄의 질량도 측정했다. 두꺼운 안개로 인해 표면을 시각적으로 관찰할 수 없었지만, 대기의 구성, 온도 및 압력 측정을 통해 표면에 액체 탄화수소 호수가 존재할 수 있다는 추측이 제기되었다.
타이탄 관측이 매우 중요하다고 여겨졌기 때문에, 보이저 1호의 궤적은 최적의 타이탄 근접 비행을 중심으로 설계되었으며, 이는 토성의 남극 아래로 지나 행성 과학 임무를 종료했다. 보이저 1호가 실패하거나 타이탄을 관측할 수 없었다면, 보이저 2호의 궤적이 변경되어 타이탄 근접 비행이 포함되었을 것이며, 천왕성과 해왕성 방문을 막았을 것이다. 보이저 1호가 발사된 궤적은 천왕성과 해왕성으로 계속 이동할 수 없었지만, 타이탄 근접 비행을 피하고 토성에서 명왕성으로 이동하여 1986년에 도착할 수 있었다.
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5. 성간 임무
보이저 1호는 2025년까지 일부 장비를 작동시킬 수 있는 충분한 전력이 공급될 것으로 예상된다. 2012년 8월 25일경 태양권계면을 통과하여 성간 공간에 진입한 최초의 인공물체가 되었다. 2024년 현재 태양으로부터 약 240 (약 160AU) 거리에 있으며, 초속 17km의 속도로 멀어지고 있다.
2023년 11월부터는 비행 데이터 시스템(FDS) 오류로 인해 통신 문제가 발생했으나, 2024년 3월에 부분적으로 복구되었다.
제트추진연구소(JPL)에서 제작된 보이저 1호는 16개의 히드라진 추력기, 3축 안정화 자이로스코프 및 기준 장비를 갖추어 탐사선의 무선 안테나가 지구를 향하도록 유지한다. 탐사선에는 우주를 여행하는 동안 행성과 같은 천체를 연구하기 위한 11개의 과학 장비가 포함되어 있다.
보이저 1호의 가시광선 카메라는 비행 데이터 하위 시스템(FDS)에 포함된 이미징 매개변수 테이블에 의해 제어된다. 카메라 제어는 컴퓨터 명령 하위 시스템(CCS)이 담당하며, 여기에는 명령 디코딩, 오류 감지 및 수정, 안테나 조준, 우주선 시퀀싱 등의 고정된 컴퓨터 프로그램이 포함되어 있다. 이 컴퓨터는 1970년대 바이킹 궤도선에 사용된 컴퓨터의 개선된 버전이다.
자세 및 관절 제어 하위 시스템(AACS)은 우주선의 자세를 제어하고, 고이득 안테나를 지구 방향으로 유지하며, 스캔 플랫폼을 조준한다.
1990년 2월 14일, 보이저 1호는 태양계 가족사진을 촬영했는데, 여기에는 "창백한 푸른 점"으로 알려진 지구의 이미지도 포함되어 있다. 1998년 2월 17일, 보이저 1호는 파이오니어 10호를 추월하여 지구에서 가장 멀리 떨어진 우주선이 되었다.
2013년 9월 12일, NASA는 보이저 1호가 2012년 8월 25일에 성간매질에 도달했다고 공식 확인했다. 2021년 5월에는 성간 공간의 물질 밀도와 성간 소리를 최초로 측정했다.
2022년 5월, NASA는 보이저 1호가 심우주통신망(DSN)에 "수수께끼 같은" 원격측정 데이터를 전송하기 시작했다고 보고했다. 이 문제는 자세 제어 시스템(AACS)에서 비롯된 것으로 확인되었으며, 2022년 8월에 다른 컴퓨터를 사용하도록 명령을 전송하여 해결했다.
보이저 1호는 2023년 11월 14일부터 읽을 수 없는 데이터를 전송하기 시작했다. 2024년 3월 24일, NASA는 데이터 해석에 상당한 진전을 이루었다고 발표했으며, 4월 20일에는 고장난 FDS 메모리 칩에서 코드를 재배치하여 상태 및 건강 정보 통신을 복구했다. 5월 22일에는 4개의 계측기 중 2개의 과학 데이터 반환이 재개되었고, 6월 13일에는 모든 계측기의 데이터가 반환됨을 확인했다.
5.1. 헬리오시스
존스홉킨스 대학교 응용물리학 연구소의 과학자들은 보이저 1호가 2003년 2월에 태양풍이 아음속으로 감속하는 지점인 종단 충격파에 진입했다고 보았으나, 다른 과학자들은 이에 대해 의문을 제기했다. 보이저 1호의 태양풍 검출기가 1990년에 작동을 멈추면서, 이 문제는 다른 데이터를 통해 추론해야 했다.
2005년 5월, NASA는 보이저 1호가 헬리오시스에 있다는 것이 일반적인 의견이라고 밝혔다. 에드 스톤은 2004년 12월 15일, 태양으로부터 94AU 거리에서 보이저 1호가 종단 충격파를 통과했다는 증거를 제시했다.
2012년 3월, 태양에서 방출된 대량의 질량이 2013년 4월에 보이저 1호에 도달했고, 보이저 1호 주변 플라즈마 밀도가 태양권 가장자리의 40배 높다는 사실이 밝혀졌다. 이는 보이저 1호가 이미 성간 공간에 도달했음을 의미한다. 조사 결과, 보이저 1호는 2012년 8월 25일에 헬리오포즈(Heliopause)에 도달했다.
2010년 12월 13일, NASA는 보이저 1호가 관측하고 있는 태양풍의 속도가 0이 되었다고 발표하며, 이는 태양권의 가장자리에 가까워지고 있음을 나타낸다고 밝혔다.
5.2. 헬리오포즈
2012년 8월 25일, 보이저 1호는 태양로부터 121 AU 거리에서 헬리오포즈(태양권계면)를 통과하여 성간 공간에 진입했으며, 이는 인류가 만든 물체 중 처음으로 태양계를 벗어난 사례이다. 헬리오포즈 통과는 플라스마 밀도의 급격한 증가와 자기장 방향의 변화를 통해 확인되었다. 2013년 4월에는 2012년 3월 태양에서 발생한 대량의 질량 방출이 보이저 1호에 도달하면서, 탐사선 주변 플라스마 밀도가 태양권 가장자리의 40배에 달하는 것으로 측정되었다. 이는 보이저 1호가 이미 성간 공간에 도달했음을 의미하며, 과거 데이터를 통해 2012년 8월 25일에 헬리오포즈를 통과했음이 밝혀졌다.
5.3. 미래
보이저 1호는 현재 인류가 만든 물체 중 지구에서 가장 멀리 떨어져 있으며, 계속해서 멀어지고 있다. 1977년 발사된 보이저 1호는 목성과 토성 탐사를 주목표로 하였으나, 2004년 태양권계면을 통과하면서 성간 공간 탐사 임무로 전환되었다.
2025년에서 2030년 사이에는 전력 부족으로 인해 보이저 1호의 모든 장비 작동이 중단될 것으로 예상된다. 2036년 이후에는 지구와의 통신도 불가능해질 수 있다.
전력 감소에 따라 장비 작동 중단이 예정되어 있으며, 주요 내용은 다음과 같다.
| 연도 | 사건 |
|---|---|
| 2007년 | 플라스마 하위 시스템(PLS) 종료 |
| 2008년 | 행성 전파 천문학 실험(PRA) 전원 차단 |
| 2016년 | 스캔 플랫폼 및 자외선 분광계(UVS) 관측 종료 |
| 미정 | 과학 장비 작동 중지 시작 (저에너지 대전입자, 우주선 하위 시스템, 자력계, 플라스마파 하위 시스템 장비는 계속 작동 예상) |
| 미정 | 데이터 테이프 레코더(DTR) 작동 종료 |
| 미정 | 자이로스코프 작동 종료 (백업 추력기 활성화로 작동 지속) |
| 2025년~2036년 | 모든 장비 작동 중단, 2036년 이후 심우주 통신망(Deep Space Network) 통신 범위 이탈 |
2017년 12월에는 1980년 이후 처음으로 궤적 수정 기동(TCM) 추력기를 가동하여, 탐사선의 안테나를 지구로 향하게 유지하고 NASA에 데이터를 계속 전송할 수 있도록 하였다.
보이저 1호는 약 300년 후 오르트 구름에 도달하고, 3만 년에 걸쳐 통과할 것으로 예상된다. 약 4만 년 후에는 글리제 445 별에 1.7광년 거리까지 접근할 것으로 예상된다. NASA는 보이저 탐사선들이 영원히 은하수를 배회할 운명이라고 밝혔다.
6. 보이저 황금 레코드
보이저 1호와 보이저 2호에는 외계 지적 생명체와 만날 경우를 대비하여 지구의 소리와 이미지, 음악, 55개 언어 인사말 등이 담긴 금도금 음향-영상 디스크가 실려있다. 이 레코드는 칼 세이건과 티모시 페리스 등이 참여하여 제작되었으며, 지구와 지구 생명체의 사진, 과학 정보, 국제연합 사무총장(쿠르트 발트하임)과 미국 대통령(지미 카터) 등의 인사말, 고래 소리, 아기 울음소리, 파도 소리, 볼프강 아마데우스 모차르트, 블라인드 윌리 존슨, 척 베리, 발야 발칸스카 등 다양한 문화와 시대를 아우르는 음악 모음인 "지구의 소리"가 담겨 있다. 또한 동서양의 클래식 음악과 전 세계의 토착 음악, 민속 음악 연주, 55개 언어의 인사말도 포함되어 있다. 이 프로젝트는 지구 생명의 풍요로움과 인간의 창의성, 그리고 우주와 소통하려는 열망을 보여주기 위한 것이다.