제26호 과학위성 히토미

3. 장비

히토미는 약한 엑스선부터 감마선 대역을 고에너지 해상도로 관측할 수 있도록 광자를 검출하는 네 개의 장비를 싣고 있었다. 히토미는 우주항공연구개발기구(JAXA) 주도로 미국, 캐나다, 유럽 등 각지에서 70개 이상의 기관, 160명 이상의 과학자들과의 국제 협력을 통해서 만들어졌다. 히토미의 중량은 약 2.7톤이었고, 발사 당시에는 일본에서 가장 무거운 엑스선 망원경이였다. 히토미의 길이는 약 14 m였다.

두 개의 약한 엑스선 망원경(SXT-S, SXT-I)들의 초점 거리는 5.6 m였고, 약한 엑스선 분광기(SXS)에 빛을 집중시켰다. 이 기기는 미국 항공우주국(NASA)가 제작하였으며, 에너지 대역은 0.4-12 keV였다.^[19] 그리고 약한 에너지 사진기(SXI)의 에너지 대역은 0.3-12 keV였다.^[19]

두 개의 강한 엑스선 망원경(HXT)들의 초점 거리는 12 m였고, 강한 엑스선 사진기(HXI)에 빛을 집중시켰다. 이 기기의 에너지 대역은 5-80 keV였으며, 위성이 궤도에 진입했을 때 펼쳐지는 6m 길이의 "신전식 광학 벤치"(伸展式光学ベンチ, Extendable Optical Bench, EOB) 끝 판에 장착되었다. 캐나다 우주국은 "캐나다 ASTRO-H 계측 시스템"(Canadian ASTRO-H Metrology System, CAMS)을 제공했으며, 이 기기는 신전식 광학 벤치의 뒤틀림을 측정하는 레이저 얼라인먼트 시스템이었다.

4. 발사

히토미의 발사는 2008년에는 2013년으로 예정되었었지만, 2013년에 다시 2015년으로 연기되었다. 2016년 2월에는 그 달 12일에 발사가 예정되었지만, 기상 악화로 또 다시 연기되었다.

2월 17일 협정 세계시 8시 45분, 히토미는 다네가시마 우주 센터에서 H-IIA 로켓에 실려 발사되어 575 km 고도의 지구 저궤도로 진입했다. 발사 14분 후, 위성은 로켓에서 분리되었고 태양 전지판을 펼친 후, 궤도에서의 점검을 실시했다. 궤도 공전주기는 96분이었고, 경사각은 약 31도 가량이었다.

5. 신호 두절 및 사고 원인

2016년 3월 27일, 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 3월 26일 07:40(UTC)부터 히토미와의 통신이 "가동 단계부터 이상"을 일으켰다고 발표했다. 같은 날, 미국의 연합우주작전센터는 3월 26일 08:20(UTC)에 위성이 다섯 조각으로 분해되는 것을 관측했고, 히토미의 궤도가 그 날 갑자기 바뀌었다고 트위터에 발표했다. 이후 통합우주운용센터는 01:42(UTC)에 히토미 근처에 있었을 만한 우주 쓰레기를 찾아냈지만, 위성이 우주 쓰레기에 맞았다는 증거는 없었다. 3월 26~28일, JAXA는 히토미로부터 매우 짧은 세 번의 신호를 수신했지만, 이후 분석에서 이 신호는 히토미로부터 온 것이 아니며, 국제 전기 통신 연합에 등록되지 않은 전파 근원지에서 온 것으로 밝혀졌다.^[20][21]

JAXA는 통신 복구 및 위성 통제를 위해 노력했지만, "복구는 며칠이 아니라 몇 달이 걸릴 것"이라고 발표했다. 초기에는 헬륨 가스 누출, 배터리 폭발, 추진기 문제 등이 원인으로 제안되었으나, 4월 1일 JAXA는 히토미가 3월 25일 19:10(UTC)에 고도 조정 능력을 잃었다고 발표했고, 통신 두절 직전 데이터 분석 결과 헬륨 가스나 배터리에는 문제가 없었다.

4월 1일, 통합우주운용센터는 10개의 우주 파편들에 대한 궤도 정보를 발표했으며, 아마추어 추적가들은 위성 본체가 1.3~2.6초에 한 번씩 회전하고, 다음으로 큰 물체는 10초에 한 번씩 회전하는 것을 관측했다.

JAXA는 4월 28일 위성 복구 시도를 중단하고, 변칙적인 요소 탐색에 집중했다.^[21][22] 위성 통신 두절 및 파괴는 관성 기준 유닛(IRU)이 3월 25일 19:10(UTC)에 1시간당 21.7도 회전함을 보고하면서 시작되었다. 고도 조절 시스템은 히토미의 반작용 조절 바퀴를 사용하여 회전을 멈추려 했으나, IRU가 계속 잘못된 데이터를 제공하여 반작용 조절 바퀴가 과도한 운동량을 축적, 위성이 "안전 고정" 모드로 진입했다. 고도 조절 시스템은 추진기를 사용하여 안정시키려 했으나, 태양 감지기는 태양 방향을 볼 수 없었고 소프트웨어 오류로 추진기가 가동되어 히토미가 빠르게 회전, 3월 26일 여러 부품이 분리되었다.^[18][20]

사고 원인에 대한 첫 보고는 4월 15일에 공개되었다. 이 보고에 따르면, 히토미는 자세 제어 기능 이상으로 스스로 회전을 일으켰고, 여러 사건과 고장의 연쇄로 인해 고속 회전 후 분해되었다.

최종적으로 분해에 이르게 된 원인은 부적절한 스러스터 제어 매개변수였지만, 이 결함과 그 이전의 일련의 동작이 발생한 배경을 포함한 원인 조사가 이루어졌다. 이 문제에 대해 운영상의 부실, 설계 단계에서의 안전 및 신뢰성 경시, 시스템 규모 증대에 따른 관리 부실, 운용 단계에서의 문제점 등 많은 문제점이 지적되었다.

6. 재발 방지 대책

다음 3가지 재발 방지책이 제시되어 다른 위성으로 수평 전개되었다.

# STT를 기각하고 IRU 적산값만 사용하는 상태를 장기간 지속하지 않는다.

# STT로부터의 데이터를 사용할 수 없는 경우, 태양 센서 출력이나 발생 전력 등의 실측값을 이용하여 자세 이상을 판정한다.

# 궤도상에서 자세 제어용 파라미터를 변경하는 경우에는 발사 전에 확인된 값을 사용한다. 불가능한 경우에는 시뮬레이터 등의 검증을 필수적으로 한다.

또한, 본 건은 ISAS 프로젝트의 운영에 기인하는 부분도 크기 때문에, 조직 개혁도 추진된다.

7. 후속 임무 (XRISM)

히토미의 대체 임무는 2016년 6월 21일 처음 제기되었다. 교도 통신사에 의하면, 우주항공연구개발기구(JAXA)는 "히토미 2호"를 H3 발사체에 실어 2020년대 초반에 발사하는 것을 고려 중이었다. 히토미 2호는 거의 히토미를 배끼다시피 할 디자인을 가질 것이었다. 하지만 6월 27일, 니혼케이자이 신문의 기사에서는 일본 문부과학성은 히토미의 대체 임무에 돈을 투자하기에는 너무 이르다고 판단하였다고 하였다.^[23] 또한 이 기사에서는 미국 항공우주국(NASA)가 이 대체 임무에 지원을 해 줄 의향이 있음을 표현했다고도 적혀 있다.

2016년 7월 14일, JAXA는 히토미의 "후임"에 관한 연구 진행을 언론에 발표하였다. 이 발표에 따르면, 위성은 "히토미 재조립"이 되겠지만 히토미의 문제점을 보완할 것이며, 2020년 H-IIA 로켓으로 발사될 예정이다. "ASTRO-H 후임"의 과학적 임무 목표는 SXS 기기를 기반으로 할 것이다. 하세 히로시 문부과학상은 7월 15일 언론 회담에서 2017년 국가 예산에서 히토미 2호를 위한 예산이 할당될 예정이라고 하였고,^[24] 히토미의 파괴에 관한 조사는 완료되었고 따라서 사고가 반복되는 것을 막을 수 있으며, 이에 따라 히토미 후속 임무를 받아들일 생각이라고 밝혔다.^[25]

JAXA는 히토미의 재제작을 기본으로 하여 대책을 반영한 히토미 후속기의 발사 목표를 2020년으로 정했으나^[15], 이후 여러 차례 연기되어 발사는 2023년도로 변경되었다^[16]。

히토미의 후속기인 X선 분광 영상 위성(XRISM)은 2023년 9월 7일에 발사되었다。

8. 연혁

2002년 NeXT 워킹 그룹이 결성되었다. 2006년 제9회 우주 이학 위원회에서 미션 정의 심사(MDR)와 시스템 요구 심사(SRR) 상당의 심사가 종료되었다. 2007년 우주과학연구소 기획 조정 회의에서 JAXA 프로젝트 준비 심사 추천을 승인, 심사를 거쳐 프리 프로젝트로 이행되었다.

2008년 시스템 정의 심사(SDR) 심사를 실시하였고, 기획 조정 회의에서 ASTRO-H 명칭이 부여되었다. 같은 해 탐사 계획 (SMEX)의 협동 미션(MOO)에 채택되어 NASA의 참여가 결정되었으며, 우주 개발 위원회 사전 평가에 따른 개발 연구 단계로의 이행이 승인되어 JAXA 프로젝트 팀이 발족되었다.

2010년 우주 개발 위원회 사전 평가에 따른 개발 단계로의 이행이 승인되었고, JAXA, NASA, SRON의 기본 설계 심사(PDR)가 종료되어 상세 설계가 시작되었다. 2011년 상세 설계를 바탕으로 서브 시스템의 상세 설계 심사(CDR)를 실시, PFM 제조가 시작되었다. 최초 발사 목표는 2014년이었다.

2016년 2월 17일 H-IIA 로켓 30호기에 의해 발사되었고, 2월 29일 크리티컬 운용 기간이 종료되었다. 3월 26일 이상 회전이 발생하고 분해되어 통신이 두절되었으며, 4월 28일 복구가 포기되었다. 7월 7일 발사 약 1주일 후부터 관측했던 페르세우스자리 은하단에 있는 고온 가스가 은하 중심부에 있는 블랙홀의 영향을 받지 않는다는 사실이 발표되었다.^[13] 2017년 5월 30일 프로젝트 종료가 선언되었다.^[14]

9. 같이 보기

• 스자쿠(ASTRO-EII)
• 아스카(ASTRO-D)
• 은하(ASTRO-C)
• 텐마(ASTRO-B)
• 하쿠초(CORSA-b)

참조

_[1] 뉴스 Attitude control failures led to break-up of Japanese astronomy satellite http://spaceflightno[...] Spaceflight Now 2016-04-18
_[2] 웹사이트 X-ray Astronomy Satellite (ASTRO-H) Solar Array Paddles Deployment and Name Decided https://global.jaxa.[...] JAXA 2016-02-16
_[3] 웹사이트 NASA Scientific Visualization Studio {{!}} Hitomi Measures X-ray Winds of the Perseus Galaxy Cluster https://svs.gsfc.nas[...] 2016-07-06
_[4] 웹사이트 Supplemental Handout on the Operation Plan of the X-ray Astronomy Satellite ASTRO-H (Hitomi) http://global.jaxa.j[...] JAXA 2016-04-28
_[5] 뉴스 Japan abandons costly X-ray satellite lost in space http://bigstory.ap.o[...] 2016-04-29
_[6] 웹사이트 Operation Plan of X-ray Astronomy Satellite ASTRO-H (Hitomi) http://global.jaxa.j[...] NASA 2016-04-28
_[7] 뉴스 ＪＡＸＡ、「ひとみ」代替機の検討浮上 文科省は慎重 http://www.nikkei.co[...] 2016-06-27
_[8] 뉴스 衛星「ひとみ」後継機、17年度に開発着手を 文科相 http://www.nikkei.co[...] 2016-07-15
_[9] 뉴스 「ひとみ」後継機を容認＝概算要求盛り込む－馳文科相 http://www.jiji.com/[...] 2016-07-15
_[10] 웹사이트 Japanese H-IIA launches X-ray telescope and lunar lander https://www.nasaspac[...] 2023-09-06
_[11] 웹사이트 X線天文衛星「ひとみ」（ASTRO-H） https://www.jaxa.jp/[...] JAXA
_[12] 문서 Ｘ線天文衛星「ひとみ」、通信途切れる　ＪＡＸＡ発表、原因は不明 産経ニュース 2016-03-27
_[13] 문서 意外に静かだったペルセウス座銀河団中心の高温ガス 宇宙科学研究所
_[14] 간행물 X線天文衛星ASTRO-Hのプロジェクト終了について https://www.jaxa.jp/[...] 宇宙航空研究開発機構 2017-05-30
_[15] 간행물 X線天文衛星ASTRO-H「ひとみ」の後継機の検討について https://www.jaxa.jp/[...] 宇宙航空研究開発機構 2016-07-14
_[16] 간행물 X線分光撮像衛星（XRISM）プロジェクト移行審査の結果について https://www.jaxa.jp/[...] 宇宙航空研究開発機構 2018-08-02
_[17] 웹인용 ASTRO H satellite detalis 2016-012A NORAD 41337 https://www.n2yo.com[...]
_[18] 뉴스 Attitude control failures led to break-up of Japanese astronomy satellite http://spaceflightno[...] 2016-04-18
_[19] 웹인용 The ASTRO-H Mission https://arxiv.org/pd[...]
_[20] 웹인용 Supplemental Handout on the Operation Plan of the X-ray Astronomy Satellite ASTRO-H (Hitomi) http://global.jaxa.j[...] JAXA 2016-04-28
_[21] 뉴스 Japan abandons costly X-ray satellite lost in space http://bigstory.ap.o[...] 2016-04-29
_[22] 웹인용 Operation Plan of X-ray Astronomy Satellite ASTRO-H (Hitomi) http://global.jaxa.j[...] NASA 2016-04-28
_[23] 뉴스 ＪＡＸＡ、「ひとみ」代替機の検討浮上　文科省は慎重 http://www.nikkei.co[...] 2016-06-27
_[24] 뉴스 衛星「ひとみ」後継機、17年度に開発着手を　文科相 http://www.nikkei.co[...] 2016-07-15
_[25] 뉴스 「ひとみ」後継機を容認＝概算要求盛り込む－馳文科相 http://www.jiji.com/[...] 2016-07-15