파이어니어 금성 궤도선

1. 개요

파이어니어 금성 궤도선은 1978년 5월에 발사되어 금성 궤도에 진입한 미국 항공우주국(NASA)의 탐사선이다. 휴즈 항공기업에서 제작되었으며, 17가지의 과학 장비를 탑재하여 금성의 대기, 표면, 자기장 등을 연구했다. 1992년 10월 22일 금성 대기권에 진입하여 임무를 종료하기 전까지 핼리 혜성을 비롯한 여러 혜성들을 관측하기도 했다.

2. 발사 및 금성 도착

파이어니어 금성 궤도선은 협정 세계시 1978년 5월 20일 13시 13분에 케이프커내버럴 공군 기지 36A 발사장에서 아틀라스 SLV-3D 센타우르-D1AR 로켓으로 발사되었고, 궤도선을 태양 주회 궤도로 진입시켰다.

발사는 1978년 5월 20일 13시 13분 00초(현지 시각 오전 8시 13분)에 이루어졌으며, 궤도선을 태양 중심 궤도에 투입하여 금성으로 향하도록 했다. 금성 궤도 진입은 1978년 12월 4일에 이루어졌다.

3. 탐사선

휴즈 항공기업에서 제작한 파이어니어 금성 궤도선은 HS-507 위성 버스를 기반으로 설계된 원통형 탐사선이다. 탐사선은 직경 2.5m, 높이 1.2m였다. 모든 장비와 우주선 하위 시스템은 원통 앞쪽에 부착되었고, 자력계는 4.7m 길이의 봉 끝에 있었다. 태양 전지판은 원통 둘레에 부착되었다. 1.09m 크기의 디스펀 안테나는 지구와 통신을 위해 X와 S 대역을 사용했다. 스타-24 고체 로켓은 금성 궤도 진입에 필요한 추진력을 제공했다.

1980년 7월 금성 궤도에 진입했을 때, 궤도 근점은 142~253km (북위 17도) 사이였다. 탐사선 궤도 원점은 66900km 고도였으며, 24시간에 한 번씩 궤도를 돌았다. 이후 연료 절약을 위해 근점을 2290km까지 올렸다가 다시 낮췄다.

1991년 마젤란과 함께 금성 남쪽 지역을 분석하기 위해 레이다 지도 작성기를 다시 가동했다. 1992년 5월, 탐사선은 근점을 150~250km로 유지하며 연료가 소진될 때까지 측정하는 마지막 임무를 시작했다. 1992년 10월 8일까지 자료를 전송했고, 마지막 신호는 협정 세계시 19시 22분에 수신되었다. 1992년 10월 22일, 파이어니어 금성 궤도선은 금성의 대기에 재진입하며 파괴되었다.

3.1. 과학 장비

파이어니어 금성 궤도선은 금성의 대기, 표면, 자기장, 태양풍과의 상호작용 등 다양한 연구를 위해 총 17개의 과학 장비를 탑재했다. 주요 장비는 다음과 같다.

* 구름 사진 편광계(OCPP): 구름의 수직 방향 분포를 측정했다. 파이어니어 10호와 파이어니어 11호의 이미징 사진 편광기(IPP)와 유사한 종류였다.
* 표면 레이다 지도 작성기(ORAD): S 대역 신호(1.757 기가헤르츠)를 이용하여 표면의 특성과 지형을 파악했다. 특히, 전파 고도계를 처음으로 사용하여 금성 표면의 전체 지형도를 제작하는 데 기여했다.
* 적외선 방사계(OIR): 금성 대기에서 방출되는 적외선을 측정했다.
* 대기광 자외선 분광계(OUVS): 자외선의 방출과 분산 정도를 측정했다.
* 중성 질량 분석기(ONMS): 대기권 상부의 구성 성분을 분석했다.
* 태양풍 플라스마 분석기(OPA): 태양풍의 특성을 연구했다.
* 자력계(OMAG): 금성의 자기장 특성을 파악했다.
* 전기장 검출기(OEFD): 태양풍과의 상호 작용을 연구했다.
* 전자 온도 측정기(OETP): 전리층의 열 특성을 연구했다.
* 이온 질량 분석기(OIMS): 전리층의 이온 수를 측정했다.
* 감속된 대전 입자 분석기(ORPA): 전리층 입자를 연구했다.
* 감마선 폭발 감지기(OGBD): 감마선 폭발을 기록했다.

이 외에도 금성의 중력장 연구, 전파 엄폐 실험, 대기 마찰 실험, 태양풍 난류 실험 등 다양한 과학 실험이 수행되었다.

3.1.1. 장비 상세 정보

파이어니어 금성 궤도선에는 총 의 질량을 가진 17개의 실험 장비가 탑재되었다.

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📌 열 고정 해제

장비 상세 정보

이름	전체 명칭	유형	제조사	책임 과학자	질량	전력 소비
OCPP	궤도 구름 광편광계	광편광계	GISS	J. Hansen (후 L. Travis)		5.4 W
ORAD	궤도 레이더 매퍼 장치	레이더	MIT	G. Pettengill		18 W
OIR	궤도 적외선 방사계	적외선 방사계	JPL	F. Taylor		5.2 W
OUVS	궤도 자외선 분광계	자외선 분광계	LASP	A.I.F. Stewart		1.7 W
ONMS	궤도 중성 질량 분석기	중성 질량 분석기	GSFC	H. Neimann		12 W
OPA	궤도 플라스마 분석기	플라스마 분석기	ARC	J. Wolfe (후 A. Barnes)		5 W
OMAG	궤도 자력계	자력계	UCLA	C. Russell		2.2 W
OEFD	궤도 전기장 감지기	금성의 전기장 측정	TRW	F. Scarf		0.7 W
OETP	궤도 전자 온도 탐침	전자 온도 측정기	GSFC	L. Brace		4.8 W
OIMS	궤도 이온 질량 분석기	이온 질량 분석기	GSFC	H. Taylor		1.5 W
ORPA	궤도 감속 전위 분석기	이온 전하 측정기	LPARL	W. Knudsen		2.4 W
OGBD	궤도 감마선 폭발 감지기	감마선 폭발 감지기	LASL	W. Evans		1.3 W
-	대기 및 전리층에 대한 S 및 X 대역 무선 엄폐 연구 (ORO)	무선 과학	-	A. Kliore (JPL)	–	-
	궤도 이중 주파수 실험 (OGPE)		-	T. Croft (SRI)
	대기 및 태양풍 난류 실험 (OTUR)		-	T. Croft (JPL)
	궤도 대기 항력 실험 (OAD)		-	G. Keating (LRC)
	궤도 내부 밀도 분포 실험 (OIDD)		-	R. Phillips (JPL)
	궤도 천체 역학 실험 (OCM)		-	I. Shapiro (MIT)
LASP: 대기 및 우주 물리학 연구소 (볼더 대학교, 콜로라도 주); UCLA: 로스앤젤레스 캘리포니아 대학교; JPL: 제트 추진 연구소; MIT: 매사추세츠 공과대학교; GSFC: 고다드 우주 비행 센터; GISS: 고다드 우주 연구소; LRC: 랭글리 연구 센터; ARC: 에임스 연구 센터; LASL: 로스 알라모스 국립 연구소; SRI: 스탠포드 연구소

이 장비들은 측정 또는 분석 대상에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다:

* 대기의 조성 및 구조
* 대형 탐사선 질량 분석기(LNMS)
* 대형 탐사선 가스 크로마토그래프(LGC)
* 버스 중성 질량 분석기(BNMS)
* 궤도 중성 질량 분석기(ONMS)
* 궤도 자외선 분광계(OUVS)
* 대형/소형 탐사선 대기 구조(LAS/SAS)
* 대기 전파 실험(OGPE)
* 궤도 대기 항력 실험(OAD)
* 구름
* 대형/소형 탐사선 네펠로미터(LN/SN)
* 대형 탐사선 구름 입자 크기 분광기(LCPS)
* 궤도 구름 광편광계(OCPP)
* 열적 균형
* 대형 탐사선 태양 플럭스 방사계(LSFR)
* 대형 탐사선 적외선 방사계(LIR)
* 소형 탐사선 순 플럭스 방사계(SNFR)
* 궤도 적외선 방사계(OIR)
* 역학
* 차등 장기선 간섭계(DLBI)
* 탐사선 도플러 추적(MWIN)
* 대기 난류 실험(MTUR/OTUR)
* 태양풍 및 전리층
* 버스 이온 질량 분석기(BIMS)
* 궤도 이온 질량 분석기(OIMS)
* 궤도 전자 온도 탐침(OETP)
* 궤도 감속 전위 분석기(ORPA)
* 궤도 자력계(OMAG)
* 궤도 플라스마 분석기(OPA)
* 궤도 전기장 감지기(OEFD)
* 궤도 이중 주파수 엄폐 실험(ORO)
* 표면 및 내부
* 궤도 레이더 매퍼(ORAD)
* 궤도 내부 밀도 분포 실험(OIDD)
* 궤도 천체 역학 실험(OCM)
* 고에너지 천문학
* 궤도 감마선 폭발 감지기(OGBD)

우주선은 레이더 고도측정법 관측을 수행하여 금성 표면의 첫 번째 전역 지형도를 제작할 수 있었다.

4. 핼리 혜성 및 기타 혜성 관측

파이어니어 금성 궤도선은 금성 궤도에서 핼리 혜성을 관측했는데, 이는 1986년 2월 핼리 혜성이 태양에 근접하여 지구에서 관측이 불가능했던 시점이었다. 궤도선의 자외선 분광기는 2월 9일 핼리 혜성이 근일점을 통과할 때 혜성 핵에서 물이 방출되는 현상을 관측했다.

파이어니어 금성 궤도선은 연장 임무를 통해 원래 임무 목표에 포함되지 않았던 여러 혜성 관측을 수행했다. 우주선의 기울기를 변경하여 자외선 분광계(OUVS)가 금성이 아닌 혜성을 관측하도록 했다. 이 방식으로 관측된 혜성은 다음과 같다.

* 엥케 (1984년 4월 13–16일)
* 자코비니-친너 혜성 (1985년 9월 8–15일)
* 핼리 혜성 (1985년 12월 27일 - 1986년 3월 9일)
* 윌슨 혜성 (1987년 3월 13일 - 5월 2일)
* NTT 혜성 (1987년 4월 8일)
* 맥노트 혜성 (1987년 11월 19–24일)

5. 임무 종료

1991년, 마젤란 우주선이 금성에 도착하면서, 레이다 지도 작성기는 마젤란과 함께 이전까지 관측할 수 없었던 금성 남반구 지역을 분석하기 위해 다시 가동되었다. 1992년 5월, 파이어니어 금성 궤도선은 마지막 임무를 시작했다. 이 임무에서 궤도선의 근점은 150~250km 사이로 유지되었으며, 궤도선의 연료가 고갈되어 자연스럽게 궤도 붕괴가 일어날 때까지 관측을 계속했다. 1992년 10월 8일, 협정 세계시 19시 22분에 마지막 신호가 수신될 때까지 자료를 지구로 전송했다. 1992년 10월 22일, 파이어니어 금성 궤도선은 금성의 대기에 재진입하면서 파괴되었다.