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지구복사수지위성

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목차

1. 개요

지구복사수지위성(ERBS)은 지구의 복사 에너지 수지를 연구하기 위해 1984년 우주왕복선 챌린저호에 의해 발사된 최초의 위성이다. ERBS는 610km 궤도에서 운용되었으며, 설계 수명 2년, 목표 수명 3년이었으나, 배터리 고장으로 인해 2005년까지 21년간 임무를 수행했다. ERBS는 지구 복사 예산 실험(ERBE) 스캐너, ERBE 비 스캐너, 성층권 에어로졸 및 가스 실험(SAGE II) 등 세 가지 관측 장비를 탑재하여 오존 감소 측정 및 기후 변화 연구에 기여했다. 2023년 1월 베링 해 상공에서 대기권에 재진입하여 해체되었다.

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지구복사수지위성
위성 정보
ERBS 위성
일반 정보
임무 유형지구 관측
운영 기관NASA
COSPAR ID1984-108B
SATCAT15354
웹사이트ERBS
임무 기간38년 3개월 3일 (1984년 10월 5일 - 2023년 1월 8일)
우주선 정보
제조사볼 에어로스페이스
발사 질량2449 kg
건조 질량2307 kg
크기4.6 x 3.5 x 1.5 m
전력470 watts
발사 정보
발사 일자1984년 10월 5일, 22:18 UTC
발사 로켓}} (STS-41-G)
발사 장소케네디 우주 센터 LC-39A
궤도 정보
궤도 기준지구 중심 궤도
궤도 영역지구 저궤도
궤도 이심률0.00194
궤도 근지점572 km
궤도 원지점599 km
궤도 경사56.9 deg
궤도 주기96.4 min
궤도 시대1984년 10월 5일
폐기 정보
폐기 유형통제되지 않은 재진입
작동 중단2005년 10월 14일
붕괴 날짜2023년 1월 8일
탑재 장비
ERBE지구 복사 수지 실험
SAGE II성층권 에어로졸 및 가스 실험 II

2. 임무

지구복사수지위성(ERBS)은 우주 왕복선 임무에 의해 발사되고 배치된 최초의 우주선이다.[7] 1984년 10월 5일, 우주왕복선 ''챌린저''에서 샐리 라이드에 의해 발사되었다.[7] 배치 당시 ERBS의 태양 전지판 중 하나가 제대로 펼쳐지지 않아, 샐리 라이드는 원격 제어 로봇 팔로 위성을 흔들어 고정된 패널을 햇빛에 노출시켜 펼쳐지도록 해야 했다.[7]

STS-41-G에서 ERBS 배치 중


ERBS는 610km(1999년까지 585km로 감소)의 비태양 동기 궤도에서 궤도를 돌았으며, 57도의 경사각을 가지고 있어 지구 전체를 커버하지는 못했다.[7]

설계 수명은 2년, 목표는 3년이었지만, 여러 가지 사소한 하드웨어 오류를 겪으면서 21년 동안 수명이 지속되었다.[8] 명령 메모리는 발사 이후 무작위 비트 플립의 영향을 받았고, ERBE 스캐너는 1990년에 고장났다. 1993년 10월에는 부분적인 메모리 고장이, 1998년 4월에는 2개의 디지털 원격 측정 장치 중 하나가 고장났다. 1999년 9월에는 비 스캐너 기기의 고도 짐벌 고장으로 태양 모니터의 태양 측정이 중단되었으나, 1999년 12월 22일에 새로운 명령 시퀀스가 정의되어 측정이 재개되었다.[8] 임무 종료 시에는 5개의 자이로 중 하나만 작동했고, 추력기 성능은 불안정했으며, 해체 과정에서 연료 탱크 블래더가 고장난 것이 발견되었다.[10]

위성이 퇴역하게 된 주된 이유는 배터리 내부의 고장 때문이다.[9] 1989년 9월에 두 배터리의 성능이 달라지기 시작했고, 1992년 8월과 9월에 배터리 1에서 배터리 셀 단락이 발생하여 10월에 배터리 1이 오프라인되었다. 배터리 2는 모든 부하를 지원했고, 1993년 6월과 7월에 셀 단락이 발생했다. 1993년 8월에 배터리 1을 다시 온라인으로 전환하려는 시도가 있었지만 실패했다. 1998년 6월에 또 다른 셀 고장이 발생하여 1999년 1월 15일에 완전한 셀 고장으로 이어졌다. 이로 인해 배터리 전압이 낮아져 자세 제어 시스템이 불안정해지고 위성이 느리게 회전했다. 위성은 회수되었고 배터리 1이 다시 온라인으로 전환되었으며, 배터리 2는 비활성화되었다.[9] 임무 종료 시 배터리 2는 5번, 배터리 1은 3번의 셀 고장을 겪었다.[10] 2010년까지 위성이 계속 작동할 것이라는 추정에도 불구하고, 배터리가 폭발하여 다른 위성을 위험에 빠뜨릴 우주 파편 구름을 만들 수 있다는 우려가 있었다.

2002년에는 위성의 근지점을 50km 이상 낮추어서, 위성이 임무 종료 후 25년 이내에 자연적으로 대기권에 떨어지도록 했다. 2005년 위성이 최종적으로 퇴역했을 때, 추진 및 자세 제어 시스템의 기능이 너무 저하되어, 관측임무 종료 후 델타 V 기동을 수행하여 남은 연료를 제거하려고 했지만, 너무 위험해서 델타 V 기동을 하지 않았다.

2. 1. 21년간의 임무 수행

지구복사수지위성(ERBS)은 우주 왕복선 임무에 의해 발사되고 배치된 최초의 우주선이다.[7] 1984년 10월 5일, 우주왕복선 ''챌린저''에서 샐리 라이드에 의해 발사되었다.[7] 배치 당시 ERBS의 태양 전지판 중 하나가 제대로 펼쳐지지 않아, 샐리 라이드는 원격 제어 로봇 팔로 위성을 흔들어 고정된 패널을 햇빛에 노출시켜 펼쳐지도록 해야 했다.[7]

ERBS는 610km(1999년까지 585km로 감소)의 비태양 동기 궤도에서 궤도를 돌았으며, 57도의 경사각을 가지고 있어 지구 전체를 커버하지는 못했다.[7]

설계 수명은 2년, 목표는 3년이었지만, 여러 가지 사소한 하드웨어 오류를 겪으면서 21년 동안 수명이 지속되었다.[8] 명령 메모리는 발사 이후 무작위 비트 플립의 영향을 받았고, ERBE 스캐너는 1990년에 고장났다. 1993년 10월에는 부분적인 메모리 고장이, 1998년 4월에는 2개의 디지털 원격 측정 장치 중 하나가 고장났다. 1999년 9월에는 비 스캐너 기기의 고도 짐벌 고장으로 태양 모니터의 태양 측정이 중단되었으나, 1999년 12월 22일에 새로운 명령 시퀀스가 정의되어 측정이 재개되었다.[8] 임무 종료 시에는 5개의 자이로 중 하나만 작동했고, 추력기 성능은 불안정했으며, 해체 과정에서 연료 탱크 블래더가 고장난 것이 발견되었다.[10]

위성이 퇴역하게 된 주된 이유는 배터리 내부의 고장 때문이다.[9] 1989년 9월에 두 배터리의 성능이 달라지기 시작했고, 1992년 8월과 9월에 배터리 1에서 배터리 셀 단락이 발생하여 10월에 배터리 1이 오프라인되었다. 배터리 2는 모든 부하를 지원했고, 1993년 6월과 7월에 셀 단락이 발생했다. 1993년 8월에 배터리 1을 다시 온라인으로 전환하려는 시도가 있었지만 실패했다. 1998년 6월에 또 다른 셀 고장이 발생하여 1999년 1월 15일에 완전한 셀 고장으로 이어졌다. 이로 인해 배터리 전압이 낮아져 자세 제어 시스템이 불안정해지고 위성이 느리게 회전했다. 위성은 회수되었고 배터리 1이 다시 온라인으로 전환되었으며, 배터리 2는 비활성화되었다.[9] 임무 종료 시 배터리 2는 5번, 배터리 1은 3번의 셀 고장을 겪었다.[10] 2010년까지 위성이 계속 작동할 것이라는 추정에도 불구하고, 배터리가 폭발하여 다른 위성을 위험에 빠뜨릴 우주 파편 구름을 만들 수 있다는 우려가 있었다.

2002년에는 위성의 근지점을 50km 이상 낮추어서, 위성이 임무 종료 후 25년 이내에 자연적으로 대기권에 떨어지도록 했다. 2005년 위성이 최종적으로 퇴역했을 때, 추진 및 자세 제어 시스템의 기능이 너무 저하되어, 관측임무 종료 후 델타 V 기동을 수행하여 남은 연료를 제거하려고 했지만, 너무 위험해서 델타 V 기동을 하지 않았다.

2. 2. 퇴역

지구복사수지위성은 우주 왕복선 임무에 의해 발사되고 배치된 최초의 우주선이다. 1984년 10월 5일 챌린저 우주왕복선에서 미국의 최초 여성 우주비행사인 샐리 라이드에 의해 발사되었다.[11]

설계 수명은 2년, 목표는 3년이었지만, 여러 가지 사소한 하드웨어 오류를 겪으면서 21년 동안 수명이 지속되었다. 인공위성이 퇴역하게 된 이유는 배터리 내부의 고장 때문이다. 배터리가 폭발하여 다른 위성을 위험에 빠뜨릴 우주 파편 구름을 만들 수 있다는 우려가 있었다.[11]

2002년에는 위성의 근지점을 50km 이상 낮추어서, 위성이 임무 종료 후 25년 이내에 자연적으로 대기권에 떨어지도록 했다. 2005년 위성이 최종적으로 퇴역했을 때, 추진 및 자세 제어 시스템의 기능이 너무 저하되어, 관측임무 종료 후 델타 V 기동을 수행하여 남은 연료를 제거하려고 했지만, 너무 위험해서 델타 V 기동을 하지 않았다.[11]

2005년 7월 12일, 위성 해체 명령이 내려졌고, 8월에 기기가 꺼졌고, 9월에 본격적인 절차가 시작되었다. 해체 과정에서 마지막 연료가 소진되었고, 배터리가 방전되었으며, 테이프 녹음기가 마지막으로 재생되었고, 온보드 메모리가 삭제되었으며, 태양 전지판이 배터리에서 분리되었다. 최종 명령으로 추진기가 열려 남은 연료가 새어 나오도록 했으며, 트랜스폰더는 마지막으로 전원이 꺼졌다.[11]

위성은 2023년 1월 8일 오후 6시 04분 HAST에 대기권 재진입하여 베링 해 상공, 알류샨 열도 부근에서 지구 대기권에 재진입한 것으로 추정된다. 위성 대부분은 대기 중에서 소실되었을 것으로 보이나, 일부 큰 조각들은 살아남아 바다로 떨어졌을 수 있다. 재진입 전에 NASA는 낙하하는 잔해로 인해 부상이 발생할 확률을 약 9,400분의 1로 추정했다.[6]

3. 관측 장비

지구복사수지위성(ERBS)에는 세 가지 관측 장비가 탑재되었다. 지구 복사 예산 실험(ERBE) 스캐너, ERBE 비 스캐너, 성층권 에어로졸 및 가스 실험(SAGE II)이 그것이다. ERBE는 님버스 6호와 7호의 복사 예산 연구를 계승했고, SAGE-II는 1979년부터 1981년까지 운용된 SAGE 위성의 후속 기기였다.[7][10]

ERBS는 ERBE에 포함된 세 개의 위성 중 하나로, 두 개의 기기를 탑재했다. ERBE 스캐너는 위성 궤적을 따라 밖으로 나가는 장파 복사, 단파 복사 및 지구에서 방출되는 총 에너지를 측정하는 세 개의 감지기로 구성되었다. ERBE 비 스캐너는 태양의 총 에너지, 전체 지구 디스크 및 위성 아래 영역에서 방출되는 단파 및 총 에너지를 측정하는 다섯 개의 감지기로 구성되었다. 다른 두 ERBE 임무는 1985년 1월 발사된 NOAA-9 위성과 1986년 10월 발사된 NOAA-10 위성에 탑재되었다. ERBS의 ERBE 스캐너는 1990년 2월 2일 작동을 멈췄고, 여러 차례 복구 시도 후 1991년 3월에 완전히 전원이 꺼졌다.[10] 비 스캐너는 격주로 수행되는 내부 및 태양 보정 기능을 수행할 수 없었지만, 데이터 품질 저하는 감지되지 않았다. 비 스캐너는 해체 준비를 위해 2005년 8월 22일에 전원이 꺼졌다.[10] 구름 및 지구 복사 에너지 시스템(CERES) 임무는 ERBE의 데이터 기록을 잇는 향상된 기기를 사용한다. 1997년 NASA의 열대 강우 측정 임무를 시작으로, 2017년 합동 극궤도 위성 시스템 1 (JPSS-1)까지 총 일곱 개의 CERES 기기가 발사되었다.

ERBS의 또 다른 기기인 성층권 에어로졸 및 가스 실험(SAGE II)은 네 개의 SAGE 임무 중 두 번째였다. 가장 최근의 SAGE III-ISS는 2017년에 국제 우주 정거장에 설치되었다. SAGE II 기기는 2000년 7월에 고장이 발생했는데, 일출 또는 일몰 이벤트에 고정할 수 없는 문제였다. 이는 방위각 전위차계 판독값의 과도한 노이즈 때문으로 추정되었다. 이후 작동 가능한 해결책이 개발되어 SAGE II는 명목상 과학 데이터의 약 50%를 수집할 수 있었다. SAGE-II는 해체 준비를 위해 2005년 8월에 전원이 꺼졌다.[10]

4. 과학적 성과

SAGE II는 1985년 오존 구멍이 처음 기술된 이후 남극 상공의 오존 감소를 측정했다. 이 데이터는 1987년 몬트리올 의정서 협약 당시 국제 사회의 의사 결정 과정에서 핵심적인 역할을 했으며, 이는 선진국에서 CFCs의 거의 완전한 제거로 이어졌다. 또한 극지 성층권 구름(PSC)에 대한 에어로졸 데이터 기록을 생성했는데, 이는 오존 구멍 과정을 이해하는 데 매우 중요했다. SAGE II 데이터는 화산 에어로졸이 기후에 미치는 영향을 이해하는 데 사용되었다.

5. 대기권 재진입

미국 국방부는 ERBS가 미국 동부 시간(EST) 기준 2023년 1월 8일(현지시간) 오후 6시 40분쯤 대기권에 재진입할 것으로 예측했다. 오차는 이 시점 앞뒤로 17시간 정도 발생할 수 있다고 덧붙였다.[15] ERBS는 약 2,450kg 정도 무게가 나가며, 추락 시 대기권 마찰열로 몸체 대부분이 불타버릴 것으로 예상된다.[15]

NASA는 "일부 부품이 재진입 후에 남아있을 수 있다"면서도 "지구상의 그 어떤 사람에게라도 피해가 돌아갈 확률은 대략 9400분의 1로 매우 희박하다"고 설명했다.[15]

위성은 2023년 1월 8일 오후 6시 04분 HAST에 대기권 재진입하여 베링 해 상공, 알류샨 열도 부근에서 지구 대기권에 재진입한 것으로 추정된다.[6] 위성 대부분은 대기 중에서 소실되었을 것으로 보이나, 일부 큰 조각들은 살아남아 바다로 떨어졌을 수 있다.[6]

2023년 1월 9일 13시 4분경, 알래스카 서남쪽 베링해 부근(위도 56.9도, 경도 193.8도)에 추락했다.[16][17]

참조

[1] 웹사이트 ERBS https://nssdc.gsfc.n[...] 2017-09-16
[2] 웹사이트 ERBS (Earth Radiation Budget Satellite) https://directory.eo[...] 2017-09-16
[3] 웹사이트 Trajectory Details: ERBS https://nssdc.gsfc.n[...] NASA 2016-12-05
[4] 웹사이트 Twenty-five Years After ERBS and SAGE II: The Life, Data and Death of a Satellite Mission https://www.nasa.gov[...] 2022-05-05
[5] 웹사이트 Retired NASA Earth Radiation Budget Satellite Reenters Atmosphere https://www.nasa.gov[...] 2023-01-06
[6] 뉴스 Defunct NASA satellite reenters https://spacenews.co[...] Space News 2023-01-07
[7] 웹사이트 S (Earth Radiation Budget Satellite) https://directory.eo[...] 2017-10-24
[8] 웹사이트 Twenty-five Years After ERBS and SAGE II: The Life, Data and Death of a Satellite Mission https://www.nasa.gov[...] 2017-10-25
[9] 간행물 In Orbite Earth Radiation Budget Satellite (ERBS) Battery Switch https://ntrs.nasa.go[...] 2000-05
[10] conference Development and Execution of End-of-Mission Operations Case Study of the UARS and ERBS End-of-Mission Plans https://ntrs.nasa.go[...] 2006-06-19
[11] 웹사이트 THE DISPOSAL OF SPACECRAFT AND LAUNCH VEHICLE STAGES IN LOW EARTH ORBIT https://ntrs.nasa.go[...] 2007-01
[12] 웹인용 ERBS https://nssdc.gsfc.n[...] 2017-09-16
[13] 웹인용 ERBS (Earth Radiation Budget Satellite) https://directory.eo[...] 2017-09-16
[14] 웹인용 Trajectory Details: ERBS https://nssdc.gsfc.n[...] NASA 2016-12-05
[15] 웹인용 Old satellite falling from sky this weekend poses low threat, NASA says https://www.kcra.com[...] KCRA 2023-01-09
[16] 웹인용 과기정통부 "미국 위성, 알래스카 인근 바다로 추락" https://m.yna.co.kr/[...] 연합뉴스 2023-01-10
[17] 웹인용 美 위성, 알래스카 베링해 최종 추락…인명·재산 피해 없는듯 https://mobile.newsi[...] 뉴시스 2023-01-10


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