지구중력장 탐사위성

3. 주요 특징 및 탑재체

GOCE의 주요 탑재체는 지구의 중력장을 관측하는 정전 중력 경사계이며, 이는 지구 중력의 극히 미세한 변동에 반응하는 3쌍의 초고감도 가속도계로 구성되어 있다. 이들은 중력장이 다른 위치에 놓여 있기 때문에 지구로부터의 중력 가속도의 미세한 차이를 감지할 수 있다. 경사계의 3축은 중력 경사의 텐서 5개의 독립적인 성분을 동시에 관측할 수 있다.

그 외의 탑재체로는 위성 간 추적을 위한 GPS 수신기, 위성에 작용하는 중력 이외의 힘에 대한 보상 시스템, 고도로 정교한 추진 시스템 (이온 엔진), 지상 기지의 레이저 추적을 가능하게 하는 레이저 광 재귀 반사기 등이 탑재되어 있다.

3. 1. 정전 중력 경사계

3. 2. 기타 탑재체

4. 추진 시스템

ESA는 2009년 고스 탐사선을 발사했다. 고도 250 km를 돌며, 최첨단인 T5 이온 엔진을 장착했다. 영국의 콰인티크사(Qinetiq)는 기존 이온 엔진보다 더 강력한 추진력을 얻을 수 있는 초속 50 km의 속도를 내는 T5 이온 엔진을 개발했다. 엔진 무게는 불과 3 kg이다. 고스 탐사선의 엔진으로 사용된다.

2기의 이온 추진 엔진(:en:Qinetiq사 T5)을 통해 제논을 초속 40,000m까지 가속할 수 있으며, 대기 마찰로 인한 궤도 감쇠를 보완한다. GOCE의 임무는 40kg의 제논 탱크가 비었을 때 종료되며, 이는 당초 계획에서 약 20개월로 예상되었다.^[12]

4. 1. 한국의 이온 엔진 기술

5. 발사 및 운용

GOCE는 2009년 3월 17일 14시 21분(UTC)에 러시아 북부의 플레세츠크 우주 기지에서 발사되었다.^[6][8] 로코트 로켓은 전략 무기 감축 조약에 의해 폐기된 대륙간 탄도 미사일 SS-19를 개량한 것이었다.^[6] 발사는 당초 2009년 3월 16일에 예정되어 있었지만, 발사대의 문제로 인해 연기되었다.^[7]

로켓은 위성을 싣고 북극해 상공을 북쪽으로 비행하여 약 90분 후, 위성은 궤도 경사각 96.7°, 고도 280km의 극궤도에 투입되었다.^[8] GOCE는 궤도 경사각 96.70°, 승교점 18:00의 태양 동기 궤도에 투입되어, 295km 지점에서 로켓으로부터 분리되었다.^[6] 위성의 궤도는 이후 45일 동안 예정된 270km 고도까지 강하했다.^[6]

2010년 2월에 위성의 컴퓨터에 고장이 발생하여 백업 컴퓨터로 관제를 전환했지만, 2010년 7월에 다시 고장이 발생했다. 조사 결과, 컴퓨터와 원격 측정 모듈 간의 통신 링크에 문제점이 발견되어 소프트웨어 패치를 적용하여 2010년 9월에 기능을 복구하고 관측을 재개했다.^[9]

2011년 3월 11일에 발생한 동일본 대지진 당시, GOCE는 30분 후 태평양 상공과 55분 후 유럽 상공을 통과하는 동안 초저주파음의 파면을 관측했다. 이 연구 보고는 『지오피지컬 리서치 레터스』(英語版)에 게재되었다.^[10]

6. 과학적 성과 및 응용

GOCE의 중력 지도와 지오이드 모델은 다음과 같은 분야에 기여했다.

• 암석권, 맨틀의 조성, 레올로지, 판의 융기, 섭입 과정 등에 대한 새로운 통찰력을 제공하여 지구 내부 구조에 대한 보다 정확한 이해를 돕는다.^[4]
• 해류와 열 대류에 대한 보다 정확한 이해를 돕는다. 2014년 11월에는 종전보다 정밀도가 높은 해양 대순환 모델을 공개했다.^[4]
• 지형학적 과정, 해수면 변화 연구에 사용하는 기준면의 높이 시스템을 제공한다.^[5]
• 극지방 빙상의 두께와 움직임에 대한 보다 정확한 평가를 제공한다.^[5]

6. 1. 지구 내부 구조 연구

6. 2. 해양 연구

6. 3. 기타 응용

7. 재진입 및 낙하

지구중력장 탐사위성(GOCE)은 매우 낮은 궤도를 비행하며 이온 엔진을 연속적으로 분사하여 고도를 유지하고 있었기 때문에, 크세논이 고갈되면 대기 저항으로 인해 약 3주 만에 추락하게 된다.^[13][14] 태양 활동이 예상보다 약했고, 연료 소비가 적게 들어 2012년 8월부터는 고도를 255 km에서 235 km로 낮췄고, 2013년 8월에는 223.88 km까지 낮춰 운용했다. 이 궤도에서는 2013년 9월 말부터 11월 초 사이의 시점에 크세논이 고갈될 것으로 예상되었으며, 특히 10월 중순(10월 16일 또는 17일경)일 가능성이 가장 높다고 예측되었다.

재진입 분석에 따르면, 1,000 kg의 무게를 가진 이 위성은 최대 250 kg이 불에 타지 않고 낙하하며, 40개에서 50개의 파편이 900 km 범위로 흩어져 낙하할 것으로 예상되었다. 이 재진입은 제어 불가능 상태가 되므로 파편이 어디에 낙하할지는 직전까지 예측이 불가능하다.^[13][14]

GOCE의 크세논은 2013년 10월 21일에 고갈되었고,^[3] 2013년 11월 11일 오전 2시 45분(일본 표준시 JST, 동일 오전 10시 45분)에 대기권에 진입했다.^[3]

참조

_[1] 간행물 GOCE site http://www.esa.int/S[...] ESA 2009-03-04
_[2] 뉴스 GOCE’s second mission improving gravity map https://www.esa.int/[...] ESA 2013-09-15
_[3] 뉴스 欧州人工衛星「GOCE」が大気圏に突入 https://www.cnn.co.j[...] CNN 2013-11-12
_[4] 뉴스 Understanding the ‘OC’ in GOCE https://www.esa.int/[...] ESA 2015-02-11
_[5] 웹사이트 GOCE scientific objectives https://web.archive.[...]
_[6] 간행물 ESA Bulletin n. 133 https://www.esa.int/[...] ESA 2008-02
_[7] 간행물 Launch of ESA’s gravity mapping satellite delayed https://www.esa.int/[...] ESA 2009-03-16
_[8] 간행물 ESA launches first Earth Explorer mission GOCE http://www.esa.int/S[...] ESA 2009-03-17
_[9] 뉴스 GOCE gravity mission back in action https://earth.esa.in[...] European Space Agency 2012-06-11
_[10] 뉴스 大震災の地震の「音」、宇宙にも届く 衛星が観測 https://www.afpbb.co[...] AFPBB 2013-03-11
_[11] 뉴스 Goce gravity flight slips to 2009 http://news.bbc.co.u[...] BBC News 2008-10-26
_[12] 뉴스 Homepage - ESA's gravity mission GOCE http://www.esa.int/e[...] European Space Agency 2008-10-26
_[13] 뉴스 「宇宙のフェラーリ」GOCE衛星、10月ごろ地球落下へ ESA https://www.afpbb.co[...] AFPBB News 2013-09-15
_[14] 뉴스 ESA’s GOCE mission to end this year https://www.esa.int/[...] ESA 2013-09-15
_[15] 웹인용 GOCE 사이트 http://www.esa.int/S[...] ESA 2009-03-04