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제21호 과학위성 아카리

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목차

1. 개요

제21호 과학위성 아카리는 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 개발한 적외선 천문 위성이다. 2006년 2월에 발사되어, 원적외선 및 중적외선 센서를 이용해 전천 관측을 수행했다. 아카리는 태양 동기 궤도에서 운용되었으며, 2007년 8월 액체 헬륨 냉각재 고갈 후 근적외선 관측을 지속하다가, 2010년 5월 냉동기 성능 저하로 과학 관측이 중단되었다. 2011년 5월에는 전력 계통 이상으로 인해 과학 관측이 종료되었고, 2011년 11월에 운용이 공식적으로 종료되었다. 아카리는 다양한 천문학적 성과를 거두었으며, 2010년에는 전천 탐사 점원 카탈로그가 공개되었다.

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제21호 과학위성 아카리
기본 정보
아카리 (ASTRO-F, 2006-005A) 모형
아카리 (ASTRO-F) 모형
임무 유형적외선 망원경
운영 기관우주항공연구개발기구(JAXA)
COSPAR ID2006-005A
SATCAT28939
웹사이트http://global.jaxa.jp/projects/sat/astro_f/
임무 기간5년 9개월
제작사우주과학연구소(ISAS), NEC 동시바 스페이스 시스템
발사 질량952 kg
크기5.5 x 1.9 x 3.2 m
발사일2006년 2월 21일 21시 28분 (UTC)
발사 로켓M-V 로켓, 미션 M-V-8
발사 장소M-V 패드, 우치노우라 우주 센터
폐기 방식퇴역
비활성화 날짜2011년 11월 24일
궤도 진입일2023년 4월 11일 04시 44분 (UTC)
궤도 정보
궤도 기준지구 중심
궤도 유형태양 동기
궤도 긴반지름6884 km
궤도 이심률0.0129527
궤도 근지점423.9 km
궤도 원지점602.3 km
궤도 경사98.2 도
궤도 주기94.7 분
궤도 승교점 경도305.9392 도
궤도 근지점 인수124.2012 도
궤도 평균 이각354.1441 도
궤도 평균 운동15.1995622 rev/day
궤도 회전수50455
망원경 정보
망원경 종류리치-크레티앙
망원경 구경0.67 m
망원경 초점 거리4.2 m
망원경 파장1.7 ~ 180 μm (적외선)
탑재 장비
FIS원적외선 서베이어
IRC적외선 카메라

2. 기술적 설계

"아카리"는 전천 관측을 통해 적외선 천공 지도를 제작하는 것을 주된 목적으로 개발되었다. 이는 망원경의 방향을 바꾸며 하늘 전체를 훑어 하나의 큰 이미지를 얻는 방식으로, 마치 스캐너처럼 작동한다.

관측의 정밀도를 높이기 위해 원적외선 및 중적외선 센서를 극저온 상태로 유지해야 했으며, 이를 위해 액체 헬륨 냉각 시스템을 사용했다. 이 냉각제의 양 때문에 센서의 설계 수명은 550일로 제한되었다.[4] 또한, 위성의 무게를 줄이기 위해 망원경 거울은 탄화 규소로 제작되었다. 위성 개발에는 총 1340억엔 (약 1.1억달러)의 예산이 투입되었다.[5]

"아카리"는 지구의 낮과 밤 경계선을 따라 도는 태양 동기 궤도에서 운용되었다. 이 궤도는 지구 주변의 주요 적외선 방해 요소인 태양을 항상 옆에 두고 비행할 수 있게 하여, 관측 조건을 일정하게 유지하면서 전천 관측을 수행하기에 유리하다.

주된 임무는 전천 관측이었지만, 스피처 우주 망원경처럼 특정 천체를 정밀하게 관측하는 지향 관측도 가능했다. "아카리"와 유사한 전천 관측 임무를 수행한 위성으로는 1983년에 미국, 영국, 네덜란드가 공동으로 발사한 IRAS가 있다.

위성의 전체 목표 수명은 3년이었으나, 실제로는 발사 후 5년 이상 성공적으로 운용되었다. 하지만 2011년 5월 24일 이후 배터리 성능이 저하되어 위성이 지구 그림자에 들어갔을 때 전력 공급이 불가능해졌다.[20] 결국 2011년 11월 24일 오후 5시 23분, 전파 정지 명령을 통해 공식적으로 운용이 종료되었다.[21] 이후 위성은 궤도를 돌다가 2023년 4월 11일 북대서양 상공에서 대기권으로 재진입하여 소멸했다.[22]

3. 관측 장비

아카리는 두 가지 주요 관측 장비, 즉 원적외선 관측기(FIS)와 근·중간 적외선 카메라(IRC)를 탑재했다.

근·중간 적외선 카메라(IRC, InfraRed Cameraeng)는 주로 특정 천체를 정밀하게 관측하는 지향 관측을 위해 설계되었지만, 하늘 전체를 훑는 전천 관측에도 활용될 수 있다. 만약 FIS를 스캐너에 비유한다면, IRC는 디지털 카메라와 같다고 할 수 있다. IRC는 3대의 카메라 시스템으로 구성되어 있으며, 각각 1.7–5.5 µm, 5.8–14.1 µm, 12.4–26.5 µm의 파장 대역에서 관측을 수행한다.

3. 1. 원적외선 관측기 (FIS)

FIS(Far-Infrared Surveyor|원적외선 관측기eng)는 위성의 주 목적인 전천 관측에 사용하기 위해 탑재되었으며, 분광 분석도 가능하다. 2대의 검출기를 탑재하고 필터를 사용함으로써 50–80 µm, 60–110 µm, 110–180 µm, 140–180 µm의 네 가지 파장 대역에 대응한다.

4. 운영 역사

아카리는 전천 관측을 통해 적외선 천체 지도를 만드는 것을 주된 목적으로 개발되었다. 이는 망원경 방향을 계속 바꾸며 하늘 전체를 훑어 관측한 뒤, 이를 합쳐 하나의 큰 이미지를 얻는 방식으로, 마치 스캐너처럼 작동한다고 볼 수 있다. 아카리는 지구의 낮과 밤 경계선을 따라 도는 태양 동기 궤도에서 운용되었는데, 이 궤도는 지구 주변에서 가장 큰 적외선 발생원인 태양을 항상 옆으로 보면서 비행할 수 있어 관측 조건을 일정하게 유지하며 전천 관측을 수행하기에 적합했다.

동시대에 활동한 미국의 스피처 우주 망원경이 특정 천체를 상세히 관측하는 '지향 관측'을 주로 수행한 것과 달리, 아카리는 전천 관측에 중점을 두었다. 이는 1983년 미국, 영국, 네덜란드가 공동으로 발사한 IRAS 위성과 유사한 목적이다. 물론 아카리도 필요에 따라 지향 관측을 수행할 수 있는 능력을 갖추고 있었다.

아카리의 목표 수명은 3년이었으나, 실제로는 5년 이상 운용되었다. 운용 기간 중 액체 헬륨 냉각제가 고갈되어 원적외선 및 중간 적외선 관측은 종료되었지만[10], 이후에도 기계식 냉각기를 이용한 근적외선 관측은 계속되었다. 2011년 5월 24일 이후 배터리 성능 저하로 전력 공급에 문제가 발생했고[20], 결국 2011년 11월 24일 운영이 공식적으로 종료되었다.[21] 운영 종료 후 위성은 2023년 4월 11일 북대서양 상공에서 대기권에 재진입하여 소멸했다.[22]

아카리 임무에 참여한 영국과 일본의 프로젝트 팀은 협력의 공로를 인정받아 2004년 다이와 영일 재단으로부터 다이와 애드리안 상을 수상했다.[11] 위성 운영은 종료되었지만, 아카리가 전송한 방대한 관측 데이터 분석은 계속되고 있다. 2018년에는 JAXA, 고베 대학, 도쿄 대학 대학원 이학계 연구과 공동 연구팀이 아카리 데이터를 분석하여 소행성대의 여러 C형 소행성에서 물을 포함한 광물(함수 광물)의 존재를 시사하는 증거를 발견했다고 발표했다.[23]

아카리의 후계기로는 SPICA라는 새로운 적외선 천문 위성이 제안되기도 했다.

4. 1. 발사 및 초기 운영 (2006년)

2006년 2월 18일로 예정되었던 발사는 "다이치" 발사 연기의 영향으로 MTSAT-2 발사가 늦어져 2월 21일로 변경되었다. 그러나 2월 21일 당일 강우로 인해 다시 하루 연기되어, 최종적으로 2월 22일 오전 6시 28분 M-V 로켓 8호기에 의해 성공적으로 발사되어 궤도 투입에 성공했다. 이후 위성은 "아카리"로 명명되었다.[24]

발사 직후, 태양 감지기가 태양을 인식하지 못하는 문제가 발생했다. 이 센서를 이용한 자세 제어가 불가능해지면서 초기 궤도 수정 작업에 차질이 예상되었으나, 우선 태양 전지의 출력을 관찰하여 대략적인 태양 방향을 추정하는 방식으로 위기를 넘겼다.[24] 이후 지구 센서와 자이로를 이용한 자세 제어 방식으로 전환했다.[25] 다른 태양 센서에서도 문제가 발생했지만, 이는 별을 포착하는 센서로 대체하여 해결했다.[26]

이러한 초기 문제 해결 과정과 자세 제어 소프트웨어 수정 등으로 인해 망원경 덮개를 여는 작업이 약 1개월 지연되었다. 망원경이 태양 방향을 향할 위험이 있는 동안에는 덮개를 열 수 없었기 때문이다. 이 지연으로 인해 냉각에 사용되는 액체 헬륨이 당초 예상보다 더 소모되었다.[27]

초기 시험 운용 기간을 거쳐 2006년 4월 13일, 망원경 덮개를 성공적으로 개방하고 본격적인 관측을 시작했다. 발사 후 첫 6개월 동안 전천 관측을 수행할 계획이었으며, 액체 헬륨이 소모될 때까지 약 550일 동안 관측이 가능할 것으로 예상되었다.

2006년 8월 중순까지 아카리는 전천 탐사의 약 50%를 완료했으며,[6] 11월 1일 우주과학연구본부는 11월 초순에 제1차 전천 관측을 마치고 전천의 약 70%에 대한 데이터 수집을 완료할 것이라는 전망을 발표했다.[28] 실제로 11월 초 제1차 전천 탐사가 완료되었고, 11월 10일부터 제2차 전천 탐사가 시작되었다.[7]

4. 2. 헬륨 고갈 및 '따뜻한' 프로그램 (2007-2010년)

발사 초기 태양 감지기 오작동 문제로 냉각재 수명이 당초 예상보다 짧아질 것으로 우려되었으나, 2007년 3월 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 헬륨 잔량을 정밀하게 추정한 결과, 관측 가능 기간이 연장되었다.[8] 2007년 7월 11일, JAXA는 적외선 파장 9μm 관측을 통해 전천의 90% 이상 영역을 두 번 이상 스캔했으며, 약 3,500개의 선정된 목표 천체 관측을 완료했다고 발표했다.[9][29]

2007년 8월 26일 17시 33분, 관측 장비 냉각에 사용되던 액체 헬륨이 모두 소진되었다. 이로 인해 원적외선 및 중간 적외선 장비를 이용한 관측과 전천 탐사가 종료되었다.[10] 액체 헬륨 고갈 시점까지 아카리는 전천의 약 96% 영역을 관측했으며, 5,000회 이상의 특정 천체 지향 관측을 수행하는 성과를 거두었다.[10]

액체 헬륨 고갈 이후에는 기계식 냉동기만으로 냉각이 가능한 근적외선 관측 장비를 활용하여 제한적인 관측을 계속하는 '따뜻한' 프로그램 단계로 전환되었다.[10] 2007년 12월, JAXA는 아카리의 궤도 수정 기동을 실시했다. 이는 위성 내부에서 증발한 헬륨 가스의 영향으로 위성 고도가 점차 높아져 태양 전지를 통한 전력 공급에 차질이 생길 우려가 있었기 때문이다.[12]

2010년 5월 14일, 설계 수명을 초과하여 작동하던 기계식 냉동기의 성능이 저하됨에 따라 과학 관측이 중단되었다. 이후 냉동기 성능 복구를 위한 작업이 진행되었다.[30]

4. 3. 임무 종료 (2011년)

아카리는 목표 수명 3년을 넘어 5년 이상 운용되었다. 그러나 2011년 5월 24일, 주요 전기적 고장이 발생하여 태양 전지판으로부터 배터리를 완전히 충전할 수 없게 되었다. 이로 인해 위성이 지구 그림자에 있을 때 과학 기기가 작동 불능 상태가 되는 심각한 문제가 발생했다.[3][20]

JAXA는 2011년 6월 17일, 전력 이상으로 인한 통신 및 자세 제어 등의 제약이 커져 과학 관측 재개가 어렵다고 판단하고, 과학 관측 종료를 발표했다.[31] 이후 전파 정지를 위한 운용이 진행되었고, 2011년 11월 24일 오후 5시 23분에 전파 정지 작업을 실시하여 위성 운영을 공식적으로 종료했다.[13][21][34]

운영 종료 후, 아카리 위성은 2023년 4월 11일 04:44 (UTC) 북대서양 상공에서 대기권으로 재진입했다.[14][22]

5. 주요 성과

아카리는 전천 적외선 탐사를 통해 별 생성 과정, 초신성 잔해, 은하 핵 등 다양한 천체 현상을 관측하여 우주 진화 연구에 기여했다.[15] 이러한 성과들은 천문학 및 천체물리학 2010년 5월호(Vol. 514)에 특집으로 다루어졌다.[19]

5. 1. 목록 (일부)


  • 여우자리에 있는 IC4954/4955 성운에서 3대에 걸친 별 생성.[15]
  • 작은 마젤란 은하에서 초신성 잔해의 최초 적외선 감지.
  • 구상 성단 NGC 104에서 비교적 젊은 적색 거성에서 질량 손실 감지.
  • 초 광도 적외선 은하에서 활동 은하핵을 둘러싼 분자 가스 감지.
  • 140 마이크로미터에서 오리온 자리와 겨울철 은하수.
  • 백조자리에 있는 별 생성 영역.
  • 외부에서 본 활발한 별 생성: 특이한 나선 은하 M101.
  • 큰마젤란은하에 있는 초신성 잔해에서의 먼지 처리.

5. 2. 데이터 공개

AKARI 전천 탐사 점원 카탈로그는 2010년 3월 30일에 공개되었다.[16][17][18]

6. 국제 협력

영국과 일본의 프로젝트 팀 구성원들은 협력의 공로를 인정받아 2004년 다이와 영일 재단으로부터 다이와 애드리안 상을 수상했다.[11]

참조

[1] 뉴스 Japanese infrared space observatory goes into orbit http://www.spaceflig[...] 2010-02-20
[2] 웹사이트 ATRO-F (AKARI) Satellite details 2006-005A NORAD 28939 http://www.n2yo.com/[...] N2YO 2015-07-06
[3] 뉴스 JAXA Hopes To Keep AKARI Going Despite Power Failure https://archive.toda[...] 2011-05-27
[4] 웹사이트 The Infrared Astronomical Satellite AKARI and Nikon https://web.archive.[...] Nikon 2011-11-26
[5] 뉴스 Fueling trust in rocket science https://info.japanti[...] 2010-05-16
[6] 뉴스 AKARI Mission Lifetime https://web.archive.[...] 2010-05-16
[7] 웹사이트 The Infrared Astronomical Satellite AKARI and Nikon http://www.nikon.com[...] Nikon 2010-05-16
[8] 뉴스 AKARI Cryogenic Lifetime https://web.archive.[...] 2010-05-16
[9] 웹사이트 Current Status of the AKARI Mission After one year of observations https://archive.toda[...] 2007-07-12
[10] 논문 Asteroid Catalog Using AKARI: AKARI/IRC Mid-Infrared Asteroid Survey
[11] 웹사이트 Daiwa Adrian Prizes – Prizes for UK-Japan Scientific Collaboration https://www.dajf.org[...] 2022-11-20
[12] 뉴스 Happy Birthday, AKARI! https://web.archive.[...] 2010-05-16
[13] 웹사이트 赤外線天文衛星「あかり」（ASTRO-F）の運用終了について http://www.jaxa.jp/p[...] JAXA 2011-11-24
[14] 간행물 Actual decay 04h44mn 26°N 49°W. 2023-04-11
[15] 웹사이트 AKARI (ASTRO-F) Results https://web.archive.[...] JAXA/ISAS/LIRA 2010-05-16
[16] 간행물 新世代の赤外線天体カタログ、日本から世界に公開へ http://www.jaxa.jp/p[...] 2010-03-30
[17] 웹사이트 DARTS/AKARI at ISAS/JAXA http://darts.isas.ja[...]
[18] 웹사이트 AKARI | Research | Archive | PSC http://www.ir.isas.j[...]
[19] 논문 Special feature on AKARI results http://www.aanda.org[...] 2010-05-00
[20] 서적 赤外線天文衛星「あかり」（ASTRO-F）の電力異常について https://www.jaxa.jp/[...] JAXA 2011-06-17
[21] 문서 赤外線天文衛星「あかり」（ASTRO-F）の運用終了について https://www.jaxa.jp/[...] 宇宙航空研究開発機構
[22] 서적 赤外線天文衛星「あかり」(ASTRO-F) の大気圏再突入について https://www.isas.jax[...] JAXA 2023-04-29
[23] 문서 赤外線天文衛星「あかり」、小惑星に水を発見 -小惑星の進化過程に赤外線観測で迫る:リュウグウなど始原的小惑星を理解する大きな手がかり- https://www.jaxa.jp/[...] JAXAプレスリリース 2018-12-17
[24] 서적 赤外線天文衛星あかりちゃん -打ち上げ後の大ピンチ編- https://www.ir.isas.[...] ISAS/JAXA 2022-03-25
[25] 간행물 第21号科学衛星「あかり」（ASTRO-F）の 初期運用についてのお知らせ https://www.jaxa.jp/[...] JAXA 2022-03-25
[26] 뉴스 衛星「あかり」のセンサー、また不具合 http://www.asahi.com[...] asahi.com 2022-03-25
[27] 서적 「あかり」が生まれるまで https://www.isas.jax[...] ISAS/JAXA 2022-03-25
[28] 문서 銀河の生い立ちに迫る　―大マゼラン星雲の赤外線画像―「あかり」第一回目の全天観測完了間近 https://www.isas.jax[...]
[29] 문서 「あかり」の現状について　観測開始から1年、「あかり」が見た宇宙 https://www.isas.jax[...]
[30] 서적 独立行政法人宇宙航空研究開発機構 平成22年度業務実績報告書 http://search.e-gov.[...] JAXA 2011-07-21
[31] 문서 「あかり」の科学観測終了について https://www.isas.jax[...] JAXA
[32] 서적 星空の砂金採り ～ 「あかり」による世界最大の小惑星カタログ http://www.ir.isas.j[...] JAXA 2011-10-16
[33] 서적 赤外線天文衛星「あかり」による世界最大の小惑星カタログを公開 https://www.astroart[...] Astoroarts 2011-10-16
[34] 뉴스 赤外線天文衛星「あかり」（ASTRO-F）の運用終了について https://www.jaxa.jp/[...] JAXA 2011-11-24
[35] 문서 「あかり」超新星残骸に一酸化炭素を検出 https://www.s.u-toky[...] 東京大学 2012-02-08
[36] 뉴스 「あかり」による大マゼラン雲の赤外線天体カタログ、世界へ向けて公開 http://www.ir.isas.j[...] JAXA 2013-01-07
[37] 뉴스 高詳細な遠赤外線全天画像データを公開～赤外線天文衛星「あかり」の新しい観測データを研究者が利用可能に～ https://www.isas.jax[...] JAXA 2015-01-15


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