익스플로러 2호
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1. 개요
익스플로러 2호는 1958년 3월 5일 발사되었으나, 주노 I 로켓의 4단 엔진 점화 실패로 궤도 진입에 실패한 미국의 인공위성이다. 익스플로러 1호와 유사한 설계로 가이거 계수기, 미소 운석 검출기, 온도 측정 장비 등을 탑재했다. 발사체의 4단 노즐 내 점화 장치 고정 부품의 문제로 인해 실패했으며, 밴 앨런대 발견에 기여한 익스플로러 계획의 일환으로 진행되었다.
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| 익스플로러 2호 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 임무 유형 | 지구 탐사 |
| 운영 기관 | JPL / 육군 탄도 미사일국 |
| 계획된 임무 기간 | 120일 |
| 우주선 정보 | |
| 우주선 이름 | 익스플로러 2호 |
| 우주선 유형 | 과학 탐사선 |
| 우주선 버스 | 익스플로러 1호 |
| 제작사 | 제트 추진 연구소 |
| 발사 질량 | 14.22 kg |
| 크기 | 길이 203 cm, 지름 15.2 cm |
| 전력 | 60 W |
| 발사 정보 | |
| 발사 날짜 | 1958년 3월 5일 18시 27분 57초 (GMT) |
| 발사 로켓 | 주노 I (RS-26) |
| 발사 장소 | 대서양 미사일 시험장, LC-26A |
| 발사 계약자 | 육군 탄도 미사일국 |
| 발사 실패 여부 | 궤도 진입 실패 |
| 궤도 정보 (계획) | |
| 궤도 기준 | 지구 중심 궤도 |
| 궤도 형태 | 중지구 궤도 |
| 궤도 근지점 고도 | 358 km |
| 궤도 원지점 고도 | 2550 km |
| 궤도 경사각 | 32.24° |
| 궤도 주기 | 114.80분 |
| 탑재 장비 | |
| 탑재 장비 목록 | 가이거 계수기 미세 운석 감지기 위성 항력 대기 밀도 측정기 저항 온도계 온도계 |
| 프로그램 정보 | |
| 프로그램 | 익스플로러 계획 |
| 이전 임무 | 익스플로러 1호 |
| 다음 임무 | 익스플로러 3호 |
2. 배경
1957년 10월 4일 소련이 스푸트니크 1호를 발사한 후, 육군 탄도 미사일 기구(ABMA)는 3단 주피터 C의 4단 개량형인 주노 I을 사용하여 위성을 발사하라는 지시를 받았다.[3] 주피터 C는 이미 주피터 IRBM(중거리 탄도 미사일)의 탄두 재진입 시험에서 비행 테스트를 거쳤다.[3] ABMA와 제트 추진 연구소(JPL)는 긴밀히 협력하여 84일 만에 주피터 C를 개조하고 익스플로러 1호를 제작했다.[3]
익스플로러 2호는 우주선을 검출하기 위한 가이거 계수기와 유성진을 검출하기 위한 음향 검출기 및 도선 격자망을 탑재했다. 익스플로러 3호 발사 이후, 가이거 계수기가 지구의 자기장에 갇힌 하전 입자에 의해 압도되었다는 사실이 밝혀졌다(밴 앨런대 참조).
발사체는 4단 추진 로켓이 추가된 3단 주피터 C의 개량형인 주노 I이었으며, 4단은 익스플로러 2호였다.[3] 1단은 개량된 레드스톤 액체 연료 발사체, 2단은 11개의 세전트 고체 연료 로켓 모터 묶음, 3단에는 3개의 세전트 로켓이 장착되었다.[3] 부스터는 4단을 단계적으로 회전시켜 긴 축을 중심으로 최종 750 rpm의 속도로 회전하도록 설계되었다.[3]
3. 설계
익스플로러 2호에는 다음과 같은 과학 장비들이 탑재되었다.3. 1. 구조
익스플로러 2호는 익스플로러 1호와 동일하게 설계되었으며, 데이터를 재생할 수 있도록 테이프 레코더가 추가되었다. 위성은 전체 길이 203cm, 직경 15.2cm의 원통형이며, 주피터-C 로켓의 4단계를 노즈콘으로 사용하였다. 무게는 14.22kg으로 익스플로러 1호보다 약 0.25kg 더 무거웠다. 위성 본체는 두께 0.058cm의 스테인리스 AISI-410 강철로 만들어졌다. 케이스는 금색으로 열 산화 처리되었고, 온도 조절을 위해 흰색 Rokide A (화염 스프레이 알루미늄 산화물)를 여덟 개의 줄무늬로 번갈아 칠했다.[3]
원통 바닥에는 세전트 고체 연료 로켓 모터가 있었다. 노즈콘 상단에는 저전력 송신기를 위한 부반송파 발진기와 맬러리 수은 전지가 있었다. 이 아래에는 스테인리스 스틸 위성 표면을 다이폴 안테나로 사용하는 반송파 및 부반송파 신호를 위한 저전력(10 mW, 108.00 MHz) 송신기가 있었다.[3]
노즈콘 아래에는 우주선 관측 데크가 있었는데, 여기에는 다음과 같은 장비들이 있었다.
음향 미소 운석 감지기는 우주선 원통 내부의 우주선 장치 근처에 장착되었다. 관측 데크 하단 근처에는 4개의 원형 편광 턴스타일 스테인리스 스틸 와이어 채찍 안테나가 우주선 측면에서 방사형으로 돌출되어 축을 중심으로 균등하게 배치되었다. 고출력 안테나용 간격과 열 방사선 차폐막은 탑재체와 로켓 모터 사이에 있었다. 미소 운석 감지기는 우주선 하단 근처 원통 주위에 고리 모양으로 배열되었다. 4개의 온도계가 우주선의 다양한 위치에 장착되었다.[3]
익스플로러 2호에는 우주선을 감지할 목적으로 가이거 계수기가 장착되었다. 익스플로러 3호 이후, 원래 가이거 계수기가 지구 자기장에 의해 우주에 갇힌 하전 입자 띠(반 알렌 복사대)에서 나오는 강한 방사선에 의해 압도되었다고 결정되었다. 익스플로러 2호에는 또한 미소 운석 감지를 위한 와이어 그리드 어레이와 음향 감지기가 장착되었다.
3. 2. 전력 및 통신
익스플로러 2호는 저전력(10mW, 108.00 MHz) 송신기와 고전력(60 mW, 108.03 MHz) 송신기를 탑재했으며, 이 송신기들은 맬러리 수은 전지를 사용하여 전력을 공급받았다.[3] 저전력 송신기는 스테인리스 스틸 위성 표면을 다이폴 안테나로 사용했고,[3] 고출력 송신기는 우주선 측면에서 방사형으로 돌출된 4개의 원형 편광 턴스타일 안테나를 사용했다.[3] 60mW 진폭 변조 송신기 및 10mW 위상 변조 송신기는 108MHz 주파수로 데이터를 지속적으로 전송했으며, 데이터는 우주선이 17개의 수신국 중 하나 위에 있을 때만 기록되었다.[8]
3. 3. 과학 장비
익스플로러 2호는 우주선을 검출하기 위한 가이거 계수기와 유성진을 검출하기 위한 음향 검출기 및 도선 격자망을 탑재했다. 익스플로러 3호 발사 이후, 가이거 계수기가 지구의 자기장에 갇힌 하전 입자에 의해 압도되었다는 사실이 밝혀졌다(밴 앨런대 참조).
익스플로러 2호에는 다음과 같은 장비들이 탑재되었다.3. 3. 1. 가이거 계수기
안톤 314 전방향 가이거관 검출기는 고에너지 하전 입자(양성자 E>30 MeV 및 전자 E>3 MeV)의 흐름을 측정하는 데 사용되었다.[4] 이 기기는 단일 가이거-뮬러관, 펄스 수를 줄이기 위한 스케일링 회로, 데이터를 지상 수신국으로 전송하는 원격 측정 시스템으로 구성되었다.[4]
가이거-뮬러관은 314형 안톤 할로겐 퀜치 카운터로, 다음과 같은 특징을 지닌다.[4]
카운터는 전류 증폭기에 연결되었으며, 증폭기는 스케일러 단계에 직접 공급되었다. 스케일러는 쌍안정 트랜지스터 멀티바이브레이터로, 넓은 범위의 전압과 -15° ~ +85 °C의 온도 범위에서 작동 가능했다(주로 공급 배터리에 의해 제한).[4] 스케일러의 분해 시간은 250 마이크로초였다.[4] 초당 4000개 이상의 펄스 수가 있는 경우, 스케일러는 4000개의 계수를 나타냈다.[4]
결과는 원격 측정 시스템을 통해 실시간으로 지상에 전송되었다. 이 실험에는 온보드 데이터 저장 장치가 없었으며, 지구 수신국 위를 지나갈 때만 지상으로 원격 측정을 보낼 수 있었으므로, 비행 중 일부 지역은 커버리지가 없었다.[4]
3. 3. 2. 미소 운석 검출기
익스플로러 2호는 미소 운석을 탐지하기 위해 와이어 그리드 어레이와 음향 검출기를 탑재했다.[5] 미소 운석의 직접적인 측정은 익스플로러 1호에도 장착되었던 두 개의 개별 감지기를 통해 이루어졌다. 하나는 와이어 그리드 검출기였고, 다른 하나는 결정 변환기였다. 이 감지기들을 통해 각 크기 간격의 유입률, 충돌 속도, 구성 및 마이크로미티어의 밀도를 측정했다.[5]
와이어 그리드 검출기는 위성의 원통형 표면에 장착된 유리 섬유 지지 링에 12개의 카드(병렬 연결)로 구성되었다. 각 카드는 직경 17μm의 에나멜 처리된 니켈 합금 와이어로 감겨 있었으며, 1xx의 총면적을 완전히 덮도록 두 층의 와이어가 감겨 있었다. 약 10μm 크기의 마이크로미티어가 충돌하면 와이어가 파손되어 전기 연결이 끊기고, 이 사건이 기록되었다.[5]
음향 검출기(변환기 및 고체 증폭기)는 운석이 우주선 표면에 충돌하는 것에 반응하도록 중간 단면 스킨과 음향적으로 접촉하여 배치되었다. 유효 면적은 0.075m2였으며, 평균 임계 감도는 0.0025 g-cm/s였다.[5]
3. 3. 3. 대기 밀도 측정 장비
익스플로러 2호는 대칭적인 형태를 띠고 있어 고도, 위도, 계절, 태양 활동에 따른 상층 대기 밀도를 측정하는 데 사용되었다. 근지점 근처의 밀도 값은 광학 (베이커-넌 카메라 네트워크) 및 무선/레이더 추적 기술을 통해 위성의 위치를 지속적으로 관찰하여 계산되었다.[6]
3. 3. 4. 온도 측정 장비
익스플로러 2호에는 4개의 저항 온도계가 설치되어 위성 외부 및 내부 온도를 측정하고, 열 제어 효과를 연구했다.[7]
각 온도계의 측정 범위와 정확도는 다음과 같다.
| 종류 | 위치 | 측정 범위 | 정확도 |
|---|---|---|---|
| 외부 온도 측정기 1호 | 위성 상부(계측) 섹션 하단의 외부 선체 | -50°C ~ 110°C | -10°C ~ 80°C 범위에서 4°C |
| 외부 온도 측정기 2호 | 노즈 콘 하단 | -50°C ~ 220°C | 50°C에서 16°C, 0°C에서 18°C |
| 외부 온도 측정기 3호 | 노즈 콘 상단 | -50°C ~ 450°C | 약 20°C |
| 내부 온도 측정기 | 계측 섹션 기저부의 고출력 송신기 | -60°C ~ 110°C | 0°C ~ 30°C 사이에서 2°C, 90°C에서 20°C |
외부 온도 측정기 2호와 3호는 저출력(10 mW, 108.00 MHz) 송신기로, 다른 두 측정기는 고출력(60 mW, 108.03 MHz) 송신기로 전송되었다. 우주선 채널 주파수 측정으로 노즈 콘 내부 온도를 간접 추정할 수 있었는데, 발진기 보정을 통해 0 ~ 25°C에서는 12°C 이내, 25 ~ 50°C에서는 6°C 이내로 파악 가능했다.[7]
4. 발사 과정
1958년 3월 5일 18시 28분에 케이프커내버럴 공군 기지에서 익스플로러 2호가 발사되었다. 하지만 주노 I 로켓의 4단 엔진이 고장으로 점화되지 않아 궤도 도달에 실패했다.[16]
발사체는 4단 추진 로켓이 추가된 3단 주피터 C의 변형인 주노 I이었으며, 이 경우 4단은 익스플로러 2호였다. 1단은 개량된 레드스톤 액체 연료 발사체였다. 2단은 11개의 세전트 고체 연료 로켓 모터 묶음으로 구성되었고, 3단에는 세 개의 세전트가 장착되었다. 부스터는 4단을 단계적으로 회전시켜 긴 축을 중심으로 최종적으로 750 rpm의 속도로 회전하도록 설계되었다.[3]
익스플로러 2호는 1958년 3월 5일 18시 27분 57초(GMT)에 대서양 미사일 시험장(AMR)의 케이프 커내버럴 미사일 시험 센터, 발사대 26A에서 발사되었다.[9] 비행은 3단계 점화까지 정상적으로 진행되었으나, 4단계가 점화에 실패하여 궤도 속도 도달이 불가능했다. 우주선은 대기권으로 재진입하여 발사 지점에서 약 3000km 떨어진 트리니다드 근처의 대서양으로 추락했다. 실패의 원인은 발사 스트레스 하에서 4단계 노즐에서 점화 장치를 제자리에 고정하는 가벼운 플라스틱 원뿔의 고장 때문인 것으로 여겨졌다. 이로 인해 점화 장치가 제 위치에서 떨어져 나갔다. 이후 비행을 위해 점화 장치 지지대가 강화되었다.[3][10]
5. 실패 원인
협정 세계시 1958년 3월 5일 18시 28분에 케이프커내버럴 공군 기지에서 발사된 익스플로러 2호는 주노 I 로켓의 4단 엔진 고장으로 점화되지 않아 궤도 도달에 실패했다.[16]
3단계까지는 정상적으로 비행하였으나, 4단계에서 점화에 실패하여 궤도 속도에 도달하지 못했다. 익스플로러 2호는 대기권에 재진입하여 발사 지점에서 약 3000km 떨어진 트리니다드 근처 대서양에 추락했다. 실패 원인은 발사 시 충격으로 4단계 노즐 내 점화 장치를 고정하는 플라스틱 원뿔이 파손되었기 때문으로 추정된다. 이로 인해 점화 장치가 제 위치에서 벗어나 점화되지 않았다. 이후 비행에서는 점화 장치 지지대를 강화했다.[3][10]
6. 영향 및 의의
익스플로러 2호는 주노 I의 고장으로 4단 점화에 실패하여 궤도 진입에 실패했다.
참조
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웹사이트
Trajectory: Explorer-1 1958-001A
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[2]
웹사이트
Launch Vehicle Database - Redstone
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Display: Explorer 2 EXPLR2
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Experiment: Geiger counter
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Telecommunications: Explorer 1 1958-001A
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