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IKAROS

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목차

1. 개요

IKAROS는 태양 돛을 주 추진 방식으로 사용하는 세계 최초의 우주선으로, 태양 반대편 탐사 및 금성 탐사를 목적으로 개발되었다. 4가지 핵심 기술 시연을 위해 설계되었으며, 감마선 폭발, 태양풍, 우주 먼지 등 행성 간 우주 환경 조사를 수행했다. IKAROS는 2010년 발사되어 2015년까지 임무를 수행했으며, 태양 돛 기술을 성공적으로 입증하여 기네스 세계 기록에 등재되었다.

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IKAROS
기본 정보
1:64 크기의 {{convert|14|x|14|m|abbr=on}} 크기 IKAROS 우주선의 모형
크기의 IKAROS 우주선 1:64 모형
개요
임무 유형태양돛 기술 실증
운영 주체우주항공연구개발기구(JAXA)
COSPAR ID2010-020E
SATCAT36577
웹사이트IKAROS 공식 웹사이트
임무 기간발사 후 5년 (2015년 마지막 교신)
우주선해당 사항 없음
우주선 종류해당 사항 없음
제작사해당 사항 없음
발사 질량310 kg
건조 질량해당 사항 없음
탑재 질량해당 사항 없음
크기태양돛: (면적: )
전력해당 사항 없음
발사 정보
발사일2010년 5월 20일 21시 58분 22초 (UTC)
발사 로켓H-IIA 202
발사 장소다네가시마 우주 센터, LA-Y
궤도 정보
마지막 교신2015년 5월 20일
궤도 기준태양 중심 궤도
근일점태양 방향
행성 간 비행 정보
유형플라이바이
대상금성
도착일2010년 12월 8일
추가 정보
명칭 유래interplanetary kite-craft accelerated by radiation of the Sun (태양 복사 가속화된 행성 간 연)

2. 목적

IKAROS 탐사선은 태양 돛을 주요 추진 방식으로 사용하는 세계 최초의 우주선으로,[14] 주요 목적은 다음 네 가지 핵심 기술을 시험하는 것이다.


  • 크고 얇은 태양 돛 막의 전개 및 제어
  • 돛에 통합된 박막 태양 전지를 이용한 탑재체 전력 공급
  • 태양 돛에 가해지는 복사 압력에 의한 가속도 측정
  • 돛에 내장된 80개의 액정 패널의 반사율을 변화시켜 자세 제어


이 임무에는 감마선 폭발, 태양풍, 우주 먼지와 같은 행성간 우주 환경 조사도 포함된다.[15] 탐사선에 탑재된 ALADDIN 장치(ALDN-S 및 ALDN-E)는 먼지 밀도 변화를 측정했으며,[16] 감마선 폭발 편광계(GAP)는 6개월간의 항해 동안 감마선 폭발의 편광을 측정했다.[17]

IKAROS는 발사 후 수 주 이내에 태양 돛 전개 및 태양 전지 작동(미니멈 성공)을 달성하고, 약 반년에 걸쳐 가속 및 자세 제어(풀 성공)를 달성했다. 2010년 12월 8일에는 금성 플라이바이를 실시하여, 당초 예정했던 임무를 모두 성공시켰다. 이후 추가적인 기술 검증 및 습득을 위해 운용이 계속되었으며, 최종적으로 자세 제어가 중단된 후에도 통신이 가능한 조건에서 통신이 시도되었다.

3. 구조

IKAROS는 본체와 돛으로 크게 나뉘며, 자세 제어 방식은 스핀 안정 방식이고, 돛 전개도 스핀을 이용하여 이루어졌다.

IKAROS 돛 개략도:
(1) 500 g의 선단 질량 x 4
(2) 자세 제어 장치 x 80
(3) 두께 7.5 μm의 박막
(4) 두께 25 μm의 박막 태양 전지
(5) 테더(tether)
(6) IKAROS 본체부
(7) 탑재 기기


비행 중인 IKAROS 우주 탐사선 (예술가의 묘사)


IKAROS는 세계 최초로 우주범선 기술을 적용한 탐사선으로, 대각선 길이 약 20m, 두께 7.5μm인 대형 마름모꼴 태양 돛을 주 추진동력으로 사용한다. 이 돛은 태양 복사압을 추진력으로 사용하며, 돛 위에 덧붙여진 박막 필름 태양전지판을 주 전력 공급원으로 사용한다. 또한 돛에 내장된 LCD의 반사율을 조절하여 탐사선의 자세를 제어한다.

사각형 돛은 0.5kg 팁 질량(위 그림의 주요 항목 1)을 사용하여 회전 운동을 통해 펼쳐지며, 대각선 길이는 20m이다. 돛은 두께 7.5μm의 폴리이미드 시트(위 그림의 주요 항목 3)로 만들어졌으며, 시트의 질량은 약 이다. 팁 질량, 부착된 패널 및 테더를 제외한 총 돛 질량은 2kg이다. 돛에는 박막 태양 전지판(위 그림의 주요 항목 4)이 내장되어 있으며, PowerFilm, Inc.에서 제공했다.[22] 돛에는 80개의 LCD 패널 블록(위 그림의 주요 항목 2)이 내장되어 자세 제어에 사용된다.[23] 또한 돛에는 과학 탑재체의 일부로 반대쪽에 8개의 먼지 계수기가 부착되어 있다.[24][25]

3. 1. 본체



IKAROS의 본체는 직경 1.58m, 높이 0.9454m의 원통형이며, 구조부, 태양 지향면, 미션부, 버스부로 구성된다. 구조부는 로켓 결합부와 태양 지향면을 연결하는 스러스트 튜브로 구성되어 전체 구조 강도를 유지한다. 태양 지향면에는 보조용 태양 전지가 배치되었다. 미션부는 세일 수납, 테더 결합, 브러시리스 모터를 사용한 세일 전개 등을 수행하며, 세일과 버스부의 전기적 연결을 담당한다. 버스부는 스러스트 튜브 내에 배치되며, CPU 등의 연산 제어 장치로 구성된다. 레이메이, 하야부사, 아카츠키 등에서 개발한 부품을 사용하거나 개발이 중단된 LUNAR-A 모선의 부품 일부를 유용하여 리스크와 비용을 절감했다. 또한, 2개의 스프링 사출식 분리 카메라(DCAM1, DCAM2)를 장비하여 세일 전개 상태를 촬영할 수 있도록 했다.

통신 안테나는 지구와의 통신용으로 저 이득 안테나(LGA)가 앞면과 뒷면에 2기, 중간 이득 안테나(MGA) 1기가 탑재되었다. MGA는 발사부터 금성 플라이바이까지 사용되지 않았다. 이 외에 VLBI용, DCAM용 안테나가 별도로 탑재되었다.

IKAROS의 사각형 돛은 0.5kg 팁 질량을 사용하여 회전 운동으로 펼쳐지며, 대각선 길이는 20m이다. 돛은 7.5μm 두께의 폴리이미드 시트로 만들어졌으며, 시트의 질량은 약 10g/m2이다. 팁 질량, 부착된 패널, 테더를 제외한 총 돛 질량은 2kg이다. 돛에는 박막 태양 전지판이 내장되어 있으며, PowerFilm, Inc.에서 제공했다.[22] 80개의 LCD 패널 블록이 돛에 내장되어 자세 제어에 사용된다.[23] 돛에는 과학 탑재체의 일부로 반대쪽에 8개의 먼지 계수기가 부착되어 있다.[24][25]

3. 2. 돛

IKAROS는 세계 최초로 우주범선 기술을 적용하여 제작된 탐사선이다. 추진 동력으로는 대각선 길이 20m, 두께 7.5μm의 대형 마름모꼴 태양 돛을 이용하며, 이 돛은 태양 복사압을 추진력으로 사용한다. 돛 표면에는 박막 필름 태양전지판이 부착되어 주 전력원으로 사용되며, 돛에 내장된 LCD의 반사율을 조절하여 탐사선의 자세를 제어한다.[14]

IKAROS의 사각형 돛은 0.5kg의 추(팁 질량)를 이용하여 회전하며 펼쳐진다. 돛은 대각선 길이 20m에 두께 7.5μm의 폴리이미드 시트로 만들어졌다. 폴리이미드 시트의 질량은 약 10g/m2이며, 추, 부착된 패널, 테더를 제외한 돛의 총 질량은 2kg이다. 돛에는 박막 태양 전지판이 내장되어 있으며, PowerFilm, Inc.에서 제작하였다.[22] 80개의 LCD 패널 블록이 돛에 내장되어 반사율을 조절하여 자세 제어를 할 수 있다.[23] 돛에는 과학 탑재체의 일부로 반대쪽에 8개의 먼지 계수기가 부착되어 있다.[24][25]

세일, JAXA 사가미하라 캠퍼스 전시품


폴리이미드로 제작된 돛은 두께가 7.5μm이며, 한 변의 길이가 14m인 정사각형이고 4개의 페탈로 구성된다. 각 페탈은 브리지로 연결되어 있고, 본체와는 16개의 테더로 연결된다. 4개의 꼭짓점에는 각각 500g의 추가 장착되어 회전하여 펼칠 때 원심력에 의해 주도적인 역할을 한다. 박막 태양 전지 셀은 두께가 25μm이며, 돛의 중앙에 본체를 둘러싸는 정사각형 형태로 배치되어 면적의 약 10%를 차지한다. 돛의 한쪽 면에는 알루미늄을 증착하여 전위차나 전류 분포를 측정함으로써 태양풍에 포함된 하전 입자를 관측할 수 있다. 또한 8곳에 먼지 계수기가 탑재되어 우주 먼지를 관측한다.

조타 장치로는 액정을 이용한 전기식 조광 필름이 각 꼭짓점 양쪽에 총 8곳에 설치되었다. 이 장치는 태양광의 반사율을 변화시켜 광압의 균형을 깨뜨리고, 발생한 토크를 이용하여 돛의 자세를 제어한다.

4. 추진 방식

세계 최초의 우주범선기술로 제작된 탐사선 IKAROS는 대각선 길이 약 20m, 두께 0.0075mm의 대형 마름모꼴 태양돛을 주요 추진동력으로 사용한다. 이 태양돛은 태양의 복사압을 이용하며, 돛 위에 덧붙여진 박막 필름 태양전지판은 주 전력 공급원으로 사용된다. 또한 돛에 내장된 LCD의 반사율을 조절하여 탐사선의 자세를 제어한다.[14]

IKAROS는 태양 돛을 주 추진 방식으로 사용하는 세계 최초의 우주선으로, 다음 4가지 핵심 기술을 시연하도록 설계되었다.[14]

# 크고 얇은 태양 돛 막의 전개 및 제어

# 돛에 통합된 박막 태양 전지를 통한 전력 공급

# 태양 돛에 가해지는 복사 압력에 의한 가속도 측정

# 돛에 내장된 액정 패널의 반사율 변화를 통한 자세 제어

이 임무에는 감마선 폭발, 태양풍, 우주 먼지 등 행성간 우주 환경 조사도 포함되었다.[15] 탐사선의 ALADDIN 장치는 먼지 밀도 변화를 측정했고,[16] 감마선 폭발 편광계(GAP)는 6개월간 감마선 폭발의 편광을 측정했다.[17]

IKAROS는 태양 돛을 주 추진 장치로 이용하는 세계 최초의 행성 간 항해 우주선이며, 주로 다음 4가지 항목에 대한 기술 실증을 수행할 계획이었다.

# 대형 막면 및 전개 기구의 개발과 전개 제어 기술 확립.

# 태양 전지 셀을 탑재한 태양 전력 돛으로부터의 집전.

# 광자 돛에 의한 가속 실증과 가속 성능 추정.

# 액정을 이용한 조타 장치 탑재에 의한 광자 돛을 사용한 항행 기술, 방향 제어 기술 확립.

발사 후 수 주 이내에 위의 2가지 항목 (미니멈 성공)을 달성하고, 그 후 약 반년에 걸쳐 아래 2가지 항목 (풀 성공)을 달성했다. 2010년 12월 8일에는 금성 플라이바이를 실시하여, 당초 예정했던 미션을 모두 성공시켰다. 그 후에도 추가적인 기술 검증 및 습득을 목표로 운용이 계속되었다. 최종적으로는 자세 제어도 중단되었고, 통신이 가능한 조건이 갖춰졌을 때 통신이 시도되었다.

일본 우주과학연구소는 2000년에 솔라 세일 워킹 그룹을 발족하여 미래의 행성간 항행을 위한 동력원으로 유력했지만 실현되지 못했던 솔라 세일을 사용한 추진 방법을 연구했다. 그러나 솔라 세일만으로는 힘이 약하고 태양에서 멀어질수록 효율이 떨어지는 문제가 있었다.[51]

이러한 문제점을 해결하기 위해 2002년에는 솔라 세일 표면에 얇은 막 태양 전지를 부착하고, 여기서 발생한 전력으로 이온 엔진을 작동시키는 하이브리드 추진 방식인 솔라 전력 세일 워킹 그룹이 발족되어 이카로스에 사용된 솔라 전력 세일이 연구되었다.[52]

2003년 3월에는 목성 궤도 근방에서의 적외선 천체 관측과 트로이군 소행성 접근 관측 등을 목적으로 한 미션이 제안되었으나 채택되지 않았다. 목성 궤도에서는 태양광이 약해져 기존 태양 전지로는 발전이 어려워 원자력 전지를 고려했지만, 방사성 물질 살포 위험 등의 이유로 보류되었다.

5. 개발 과정

IKAROS는 일반적인 과학 위성 및 탐사기 개발에 5년 이상 소요되는 것과 달리, 계획 시작부터 발사까지 2년 반 밖에 걸리지 않았고, 예산 총액은 15억 엔으로 비교적 적었다. 이는 IKAROS 계획이 금성 탐사기 아카츠키의 부대 프로젝트로 제안되었기 때문이다.[49]

아카츠키는 당초 M-V 로켓으로 발사될 예정이었으나, M-V 로켓 폐지로 H-IIA 로켓을 사용하게 되었다. H-IIA 로켓으로 아카츠키를 발사할 경우 진동이 허용 범위를 초과하는 문제가 발생하여, 500kg의 아카츠키 외에 700kg에 가까운 더미 페이로드를 탑재해야 했다.[49] H-IIA의 발사 능력 여유분을 활용하기 위해 아카츠키 외에 피기백 위성을 추가하기로 결정되었고, IKAROS 계획이 시작되었다. IKAROS를 제안한 사람은 소행성 탐사기 하야부사의 개발·운용을 지휘한 가와구치 준이치로였다.[50]

일본 우주과학연구소는 2000년 솔라 세일 워킹 그룹을 발족하여 행성간 항행을 위한 동력원으로 솔라 세일을 연구했다. 솔라 세일은 받는 힘이 매우 약하고 태양광에 의존한다는 단점이 있지만, 면적을 크게 하고 경량화하면 이론적으로 가능하다는 것을 알고 있었다.[51]

솔라 세일만으로는 추진력이 약해 현실적인 미션 수행이 어렵다고 판단되어, 솔라 세일 표면에 얇은 막 태양 전지를 부착하고 이온 엔진을 작동시켜 병용하는 하이브리드 추진 방식인 솔라 전력 세일이 고안되었다.[52] 2002년 솔라 전력 세일 워킹 그룹이 발족하여 IKAROS에 사용된 솔라 전력 세일을 연구했다.

2003년 3월, 목성 궤도 근방에서의 적외선 천체 관측과 트로이군 소행성 접근 관측 등을 목적으로 한 미션 안이 제출되었으나 채택되지 않았다. 목성 궤도 부근에서는 태양광이 미약하여 기존 태양 전지로는 발전이 어려워 원자력 전지 탑재가 고려되었으나, 방사성 물질 살포 위험 등의 이유로 보류되었다. 2006년에도 목성권 탐사 계획이 제출되었지만 채택되지 않았다.

2003년 이후 대형 막면 전개 실증 시험이 다양하게 진행되었다. 2004년 8월 9일 S-310 로켓 34호기로 지름 10m의 클로버형 및 부채형 세일의 우주 공간 전개에 성공했고, 2006년 8월 30일 대기구를 이용해 지름 20m의 정사각형 세일 전개에 성공했다. 2006년에는 M-V 로켓의 서브 페이로드를 이용한 2기의 궤도상 전개 실험도 실시되었다.

태양 전지 세일을 사용한 목성권 탐사 계획 검토 과정에서 궤도상 대형 막면 전개 실증기의 필요성이 높아져, 2006년 두 개의 소형 실증기 안이 작성되었다. 하나는 루나-A 궤도선을 개수하여 엡실론 로켓으로 발사하는 안, 다른 하나는 신개발 소형 실증기를 H-IIA 로켓으로 발사된 PLANET-C의 피기백 위성으로 발사하는 안이었다. 전자는 발사 예정이 불확실하고 경년 열화가 심해 보류되었고, 개발 기간이 짧고 국제 경쟁력이 있는 후자로 결정되었다. 2007년 4월 1일 JSPEC 탄생과 동시에 프리 프로젝트로 이행했고, 2008년 프로젝트로 이행하여 IKAROS로 명명되었다.

6. 임무 수행 과정

IKAROS는 태양 돛을 주 추진 방식으로 사용하는 세계 최초의 우주선이다.[14] 이 탐사선은 다음 네 가지 핵심 기술을 시연하도록 설계되었다.

# 크고 얇은 태양 돛 막의 전개 및 제어

# 돛에 통합된 박막 태양 전지를 통한 전력 공급

# 태양 돛에 가해지는 복사 압력에 의한 가속도 측정

# 돛에 내장된 액정 패널의 반사율 변화를 통한 자세 제어

이 임무에는 감마선 폭발, 태양풍, 우주 먼지와 같은 행성간 우주 환경 조사도 포함되었다.[15] 탐사선에 탑재된 ALADDIN 장치는 먼지 밀도 변화를 측정했고,[16] 감마선 폭발 편광계(GAP)는 6개월간의 항해 동안 감마선 폭발의 편광을 측정했다.[17]

IKAROS는 이러한 기술 실증을 바탕으로, 당초 예정했던 임무를 모두 성공적으로 수행했다. 이후 추가적인 기술 검증 및 습득을 위해 운용이 계속되었으며, 최종적으로 자세 제어가 중단된 후에도 통신이 가능한 조건에서 통신을 시도했다.

6. 1. 발사 및 초기 운용

H-IIA 로켓 17호기에 의한 "IKAROS" 발사


IKAROS는 2010년 5월 21일 다네가시마 우주 센터에서 H-IIA 로켓에 실려 아카쓰키와 함께 성공적으로 발사되었다.[54] IKAROS는 로켓에서 분리된 후 회전을 시작하여 돛을 펼치고 금성을 향한 항해를 시작했다.

IKAROS의 초기 운용 절차는 다음과 같다.

  • 로켓에서 분리된 후 회전을 시작한다. (분당 5바퀴)
  • 통신장치 작동과 함께 회전 속도가 분당 20바퀴로 증가한다.
  • 태양돛이 펼쳐지면서 복사압을 받아 추진력을 얻고, 태양전지도 작동을 시작한다.
  • 복사압을 계속 받아 우주범선이 가속된다.
  • 궤도 수정이 필요할 경우 태양돛을 조작하여 방향을 바꾼다.


IKAROS는 분당 20~25회 회전하며 2010년 6월 10일에 돛을 펼치는 작업을 완료했다.[26][27][28] DCAM1과 DCAM2라는 두 개의 소형 카메라 중 DCAM2는 2010년 7월 14일에 돛이 펼쳐진 후 돛의 사진을 찍는 데 사용되었다.[29]

이후 6개월 동안 금성으로 항해하면서 가속 및 자세 제어 (방향)가 성공적으로 테스트되었다. 2010년 7월 9일, JAXA는 IKAROS가 태양 돛에 의해 가속되고 있음을 확인했으며,[30] 7월 23일에는 자세 제어가 성공적으로 이루어졌다고 발표했다. 23시간 동안 돛의 태양 각도를 반도 변경했는데, 이는 돛의 바깥쪽 가장자리에 있는 80개의 액정 패널의 반사율을 동적으로 제어하여 햇빛 압력이 토크를 생성하도록 함으로써 이루어졌다.[31] IKAROS는 대략 분당 2 rpm로 계속 회전하고 있으며, 자세 제어를 위해 LCD 패널이 해당 속도로 순환한다.

JAXA에 따르면, IKAROS는 2010년 12월에 계획된 모든 실험을 완료했지만, "태양 돛 제어 기술을 향상시키기 위해" 그 이후에도 임무를 계속 수행했다.[32]

6. 2. 광자 가속 실증

2010년 5월 21일, IKAROS는 다네가시마 우주 센터에서 H-IIA 로켓에 실려 아카쓰키와 함께 성공적으로 발사되었다. IKAROS는 분당 20~25회 회전하며 2010년 6월 10일에 돛을 펼치는 작업을 완료했다.[26][27][28] DCAM1과 DCAM2라는 두 개의 소형 분리형 카메라가 장착되었으며, DCAM2는 2010년 7월 14일에 돛이 펼쳐진 후 돛의 사진을 촬영했다.[29]

이후 6개월 동안 금성으로 항해하면서 가속 및 자세 제어가 성공적으로 테스트되었다. 2010년 7월 9일, JAXA는 IKAROS가 태양 돛에 의해 가속되고 있음을 확인했으며,[30] 7월 23일에는 자세 제어가 성공적으로 이루어졌다고 발표했다. 23시간 동안 돛의 태양 각도를 반도 변경했는데, 이는 추진기를 사용하지 않고 돛 바깥쪽 가장자리에 있는 80개의 액정 패널 반사율을 동적으로 제어하여 햇빛 압력으로 토크를 생성하는 방식으로 이루어졌다.[31] IKAROS는 약 분당 2 rpm로 계속 회전하며, 자세 제어를 위해 LCD 패널이 해당 속도로 순환한다.

JAXA에 따르면, IKAROS는 2010년 12월에 계획된 모든 실험을 완료했지만, "태양 돛 제어 기술을 향상시키기 위해" 그 이후에도 임무를 계속 수행했다.[32]

2010년 6월 3일, 돛 전개를 시작하여 6월 10일에 지구로부터 약 770만 km 떨어진 거리에서 돛 전개 및 박막 태양 전지에 의한 발전을 확인했다.[56] 6월 15일에는 분리 카메라 DCAM2를 발사하여 돛을 전개한 IKAROS 전체를 촬영했다.[57] 6월 19일에는 다른 쪽 분리 카메라 DCAM1을 저속으로 발사하여 조타 장치 액정 디바이스 작동을 확인했다.[58]

7월부터 광자 가속 실증 단계로 이행했다. 7월 9일, 통신 전파 도플러 효과를 이용한 지구에 대한 IKAROS 상대 가속도 데이터와 새롭게 산출된 레인지 앤드 레인지 레이트(RARR)에 의한 IKAROS 궤도 결정을 통해, 돛이 태양광 광자를 받아 IKAROS가 가속할 수 있었다는 것을 확인했다.[59] IKAROS가 태양광에 의해 받은 힘의 세기는 지구 표면의 일반적인 중력 장소에서 0.114그램 추를 매달아 놓은 정도의 힘으로, 약 1.1 뉴턴에 상당한다.[60] 7월 13일, 자세 제어 장치(액정 디바이스)에 의한 돛 자세 제어 실험이 행해졌고, 예상대로의 자세 제어 성능이 달성되었다고 확인되었다.[61]

2010년 12월 8일, 일본 표준시 16시 39분에 IKAROS는 금성에서 80,800km 떨어진 지점을 통과했다. 이는 솔라 세일 우주선으로는 처음으로 다른 행성 근방에 도달한 것이다.[62]

6. 3. 금성 접근

IKAROS는 2010년 12월 8일 일본 표준시 16시 39분에 금성에서 80,800 km 떨어진 지점을 통과했다. 이는 태양돛 우주선으로는 처음으로 다른 행성 근처에 도달한 것이다.[62] IKAROS는 태양의 반대편을 탐사하는 것이 주 임무였지만, 금성에 접근하는 목적도 있었다.

IKAROS는 2010년 5월 21일 다네가시마 우주 센터에서 H-IIA 로켓에 실려 아카쓰키와 함께 발사되었다. 2010년 6월 10일에는 돛을 펼치는 작업을 완료했고,[26][27][28] 이후 6개월 동안 금성으로 항해하며 가속 및 자세 제어를 성공적으로 테스트했다.

6. 4. 후기 운용

IKAROS는 2010년 12월에 계획된 모든 실험을 마쳤지만, JAXA는 "태양 돛 제어 기술을 향상시키기 위해" 그 이후에도 임무를 계속 수행했다.[32] 2012년 11월 30일, JAXA는 IKAROS가 기네스 세계 기록에 행성 간 최초의 태양 돛 우주선으로 인정되었으며, 분리된 두 대의 카메라 DCAM1과 DCAM2가 행성 간을 비행하는 우주선 중 가장 작은 크기로 인정되었다고 발표했다.[33][34]

2012년 IKAROS는 계속 회전하고 있었지만 자세 제어가 악화되었다. 이로 인해 예상치 못한 돛의 움직임이 발생했고, 그 결과 중간 게인 안테나를 통한 다운링크가 간헐적으로만 가능했다. 프로젝트 팀은 2013년 3월 28일에 해체되었지만, 나중에 데이터 수신을 시도할 계획이었다.

2013년 6월 20일, 태양 전지판에서 더 많은 전력을 사용할 수 있게 됨에 따라 위성이 동면 상태에서 깨어날 것이라는 예상 하에 프로젝트가 재활성화되었다. 팀은 2013년 6월 20일부터 9월 12일까지 IKAROS로부터 원격 측정 데이터를 수신할 수 있었고, 그 후 다시 연락이 두절되었다. 연락 두절은 태양 전지판의 전력이 감소함에 따라 우주선이 다시 저전력 동면 모드로 들어갈 것으로 예상되는 시점과 일치했다. 우수다 딥 스페이스 센터 안테나를 통한 사용 가능한 통신 시간이 제한되었기 때문에, 위성의 속도, 궤적 및 회전을 추정하기 위해 간헐적으로만 데이터가 수집되었다.[35][36] 2013년 8월 IKAROS 돛으로부터의 가속은 우주선의 속도를 총 400m/s만큼 변화시켰다.[37]

2014년 5월 22일에 다시 전송이 수신되었으며, 우주선은 지구로부터 약 2억 3천만 킬로미터 떨어진 곳을 비행하고 있었다. 2014년 5월까지 IKAROS는 태양을 10개월 주기로 공전했으며, 각 궤도의 7개월을 전력 부족으로 인해 동면 모드로 보냈다.[38] 2015년 4월 23일까지 우주선은 4번째로 동면 모드에서 깨어났으며 지구로부터 약 1억 2천만 킬로미터 떨어진 곳을 비행하고 있었다.[39] 2015년 5월 21일, JAXA는 IKAROS로부터 신호를 수신할 수 없었고, 예상대로 우주선이 5번째로 동면 모드로 전환되었다고 결론 내렸다. 2015년 5월에 수신된 마지막 데이터를 기준으로, 당시 IKAROS의 위치는 지구로부터 약 1억 1천만 킬로미터, 태양으로부터 약 1억 3천만 킬로미터 떨어진 곳이었다.[40]

2011년 1월에는 약 6개월간의 정적 운용을 종료하고 후기 운용에 들어갔다고 발표되었다. 후기 운용 기간은 2012년 3월 말까지였으며, 후기 운용 종료 시점에 지속 운용 여부를 판단한다고 했다.[63] 2011년 10월에는 "막면 거동·막면 형상의 변화를 적극적으로 이끌어내 텐션 상태의 역학 모델을 구축"하는 것을 목표로, 기체의 회전 방향을 반전시키는 역 스핀 운용이 실시되었고, 문제없이 역 스핀 상태가 되었다.[64][65] 2012년 1월에는 IKAROS가 동면 모드(발전 전력 저하에 따른 탑재 기기 셧다운)로 이행한 것이 확인되었다.[66]

2012년 3월, 후기 운용 중의 저 스핀 운용, 역 스핀 운용 및 대자세 변경 운용을 통해 막면 형상이나 막면 자세 운동에 관해 예상 밖의 현상이 나타났다고 발표되었다.[67] 2012년 6월부터 10월 사이에는 IKAROS가 동면 모드에서 복귀하여 데이터 취득이 가능할 가능성이 있다고 발표되었고, 2012년 9월 6일에 IKAROS가 발신한 전파를 발견했으며, 9월 8일에는 IKAROS가 동면 모드에서 깨어난 것을 확인할 수 있었다.[68] 다만, 11월 22일에는 다시 동면 모드로 들어간 것이 확인되었다.[69] 그 동안 IKAROS의 비콘 수신만 이루어졌기 때문에, 자세한 IKAROS의 텔레메트리는 얻을 수 없었다.

2013년 3월 28일, 그동안 얻은 데이터를 정리하기 위해 IKAROS 프로젝트 팀의 해산이 발표되었다. 한편, 2013년 초여름에 예상되었던 IKAROS의 동면 해제를 위해 운용 지속이 발표되었고,[70] 2013년 7월에 예정대로 전파 포착에 성공했다고 발표되었다.[71] 2013년 9월에 IKAROS는 세 번째 동면 모드로 이행했다.[72]

2014년 5월 22일에도 세 번째 동면 모드 해제 후, IKAROS가 발신한 전파 수신에 성공했고,[73] 2014년 8월 7일에 IKAROS는 네 번째 동면 모드로 이행했다.[74] 2015년 4월 23일에 네 번째 동면 모드 해제 후, IKAROS가 발신한 전파 수신에 성공했다.[75]

미션 종료 후의 IKAROS는 태양 주위를 약 10개월 주기로 공전하고 있다. 그러나 자세 제어를 하지 않기 때문에, IKAROS의 태양 전지에 햇빛이 닿는 기간에 지구의 전파가 닿는 위치에 있지 않으면, 지구상에서 텔레메트리를 얻을 수 없다. 앞으로도 IKAROS는 동면과 동면 해제를 반복하게 될 것이다.

7. 성과 및 의의

IKAROS 탐사선은 태양 돛을 주요 추진 방식으로 사용하는 세계 최초의 우주선이다.[14] 이 탐사선은 네 가지 핵심 기술을 시험하기 위해 설계되었다.

# 크고 얇은 태양 돛 막 전개 및 제어

# 돛에 통합된 박막 태양 전지로 전력 공급

# 태양 돛에 가해지는 복사 압력에 의한 가속도 측정

# 돛에 내장된 80개의 액정 패널의 반사율을 변화시켜 자세 제어

이 임무는 감마선 폭발, 태양풍, 우주 먼지와 같은 행성간 우주 환경 조사도 포함한다.[15] 탐사선의 ALADDIN 장비(ALDN-S 및 ALDN-E)는 먼지 밀도 변화를 측정했으며,[16] 감마선 폭발 편광계(GAP)는 6개월 동안 감마선 폭발의 편광을 측정했다.[17]

우주항공연구개발기구(JAXA) 과학자들은 2010년 7월 9일, IKAROS의 196m2 돛에 작용하는 태양 복사 압력으로 측정된 추력이 1.12 밀리뉴턴이라고 발표했다.[44] GAP의 감마선 편광 데이터를 통해 토마 외 연구진은 CPT 위반에 대한 더 엄격한 한계를 설정했는데, 이는 이전 한계보다 8자릿수나 향상된 것이다.[41][42][43]

2012년 11월 30일, JAXA는 IKAROS와 분리 카메라(자(子)위성) DCAM이 기네스 세계 기록에 등재되었다고 발표했다.[77] 등재된 기록은 다음과 같다.


  • 최초의 행성간 태양 돛 우주선 "IKAROS"
  • 최소형 행성간 자(子)위성 "DCAM1과 DCAM2"


IKAROS의 후속 임무로 40× 크기의 돛을 가진 목성 트로이 소행성 탐사선이 예정되어 있었으며, 이 탐사선은 목성과 트로이 소행성을 탐사하여 2050년대에 소행성 샘플을 지구로 가져오는 것을 목표로 했다.[18][19][20][21] 목성 트로이 소행성 탐사선은 일본 우주항공연구개발기구(ISAS)의 제2차 대형 임무 클래스의 최종 후보였으나, 선정된 임무는 LiteBIRD였다.

8. 홍보



공식 트위터에서 운용팀 멤버가 IKAROS의 의인화 캐릭터 "이카로스 군"으로서 미션 진행 상황을 홍보했다. 2010년 9월 9일 "이카로스 군"은 제8회 Web Creation Award에서 일반 투표 최다 득표자에게 주어지는 "주목할 만한 Web인 상"을 수상했다. 2010년 12월 12일에는 IKAROS의 미션을 알기 쉽게 해설한 정부 간행물 "이카로스 군의 대항해"가 발행되었으며, 2012년 3월 10일에는 동일본 대지진 부흥 지원 프로젝트로서 "이카로스 군의 노래"(노래: 마미야 쿠루미, 작사: 유우키 요시나리, 작곡/편곡: 마나베 아키타카, 나카자와 아키히로 (WEEAST), 디렉션/믹스: 안보 잇세이, 일러스트/영상: 미미미미 독일)가 IKAROS 전문 채널에서 공개되었다.

참조

[1] 논문 Mori et al. (2009)
[2] 웹사이트 Small Solar Power Sail Demonstrator "IKAROS" http://www.jaxa.jp/p[...] JAXA 2010-10-01
[3] 뉴스 H-2A Launch Report – Mission Status Center http://www.spaceflig[...] 2010-05-20
[4] 웹사이트 Solar System Exploration: Missions: By Target: Venus: Future: Akatsuki http://solarsystem.n[...] NASA 2010-05-20
[5] 웹사이트 IKAROS https://www.isas.jax[...] Institute of Space and Astronautical Science 2022-11-30
[6] 웹사이트 IKAROS: Solar Power Sail Demonstrator http://www.isas.jaxa[...] JAXA 2015-05-24
[7] 웹사이트 IKAROS enters hibernation mode for 5th time http://global.jaxa.j[...] JAXA 2019-03-02
[8] 웹사이트 Launch Day of the H-IIA Launch Vehicle No. 17(H-IIA F17) https://global.jaxa.[...] JAXA 2010-03-03
[9] 웹사이트 https://web-japan.or[...] 2024-03
[10] 웹사이트 오늘의 IKAROS(12/10) – Daily Report – Dec 10, 2010 http://www.isas.jaxa[...] JAXA 2010-12-10
[11] 웹사이트 2010年の締めくくり(12/26) – Daily Report – Dec 26, 2010 http://www.isas.jaxa[...] JAXA 2010-12-26
[12] 웹사이트 宇宙帆船イカロス、お疲れさま…実験終え「人工惑星」に http://www.asahi.com[...] Asahi Shimbun 2010-12-10
[13] 웹사이트 小型ソーラー電力セイル実証機（IKAROS）の定常運用終了報告 http://www.jaxa.jp/p[...] JAXA 2011-01-26
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[15] 웹사이트 小型ソーラー電力セイル実証機「IKAROS（イカロス）」のガンマ線バーストの観測成功について http://www.jaxa.jp/p[...] JAXA 2010-07-14
[16] 웹사이트 COSMIC DUST DETECTION BY THE IKAROS-ARRAYED LARGE-AREA DUST DETECTORS IN INTERPLANETARY SPACE (ALADDIN) FROM THE EARTH TO VENUS http://www.lpi.usra.[...] 2011-02-14
[17] 간행물 Gamma-Ray Burst Polarimeter – GAP – aboard the Small Solar Power Sail Demonstrator IKAROS 2010-10-26
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[19] 문서 SCIENCE AND EXPLORATION IN THE SOLAR POWER SAIL OKEANOS MISSION TO A JUPITER TROJAN ASTEROID. https://www.hou.usra[...]
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[29] 뉴스 Mini-camera pictures Japan's Ikaros solar sail http://news.bbc.co.u[...] 2010-06-16
[30] 간행물 About the confirmation of photon acceleration of "IKAROS" the small solar-sail demonstrating craft http://www.jaxa.jp/p[...] Japan Aerospace Exploration Agency 2010-07-09
[31] 간행물 Small Solar Power Sail Demonstrator 'IKAROS'Successful Attitude Control by Liquid Crystal Device http://www.jaxa.jp/p[...] Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) 2010-07-23
[32] 뉴스 Solar Power Sail Demonstrator "IKAROS" http://www.jspec.jax[...] Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) 2012-12-30
[33] 뉴스 IKAROS world record certified! http://www.jaxa.jp/p[...] Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) 2012-11-30
[34] 뉴스 JAXA's solar spacecraft gets Guinness World Records entry http://ajw.asahi.com[...] The Asahi Shimbun 2012-12-30
[35] 웹사이트 오늘의 IKAROS(2013/06/20) – Daily Report – June 20, 2013 http://www.isas.jaxa[...] Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) 2013-06-20
[36] 웹사이트 今日の IKAROS(12/7) – Daily Report – Dec 7, 2013 http://www.isas.jaxa[...] Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) 2013-06-20
[37] 웹사이트 今日の IKAROS(8/29) – Daily Report – Aug 29, 2013 http://www.isas.jaxa[...] Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) 2013-08-29
[38] 뉴스 IKAROS：3回目の冬眠モード明けについて http://www.isas.jaxa[...] Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) 2014-05-26
[39] 뉴스 IKAROS wakes up from hibernation mode for the 4th time http://global.jaxa.j[...] 2015-05-24
[40] 뉴스 IKAROS enters hibernation mode for 5th time http://global.jaxa.j[...] 2015-05-29
[41] 논문 Strict Limit on CPT Violation from Polarization of γ-Ray Bursts 2012-12
[42] 논문 Synopsis: Distant Bursts Show no Signs of Predicted Light Rotation
[43] 웹사이트 Strict Limit on CPT Violation from Gamma-Ray Bursts http://www.ipmu.jp/n[...] Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe 2012-12-16
[44] 웹사이트 IKAROS – All News Channel http://www.jspec.jax[...] 2015-05-24
[45] 웹사이트 プレスキット http://www.jspec.jax[...] 2011-07-23
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[47] 문서 ISASメールマガジン第192号 ★01：勇気一つを友にして♪ https://www.isas.jax[...]
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[49] 문서 要するに、目的の衛星本体よりも重い「おもり」を、わざわざH-IIAに載せて、過大な振動が起きないようにするという意味である。
[50] 뉴스 宇宙に帆をかけて　二人三脚で駆け抜けた2年半 http://jpn.nec.com/a[...] NEC 2014-07-21
[51] 문서 概算で言えば、太陽からの距離が2倍になれば、光の強さは22分の1、つまり、4分の1になる。太陽からの距離が3倍になれば、光の強さは32分の1、つまり、9分の1に激減する。その理由は、太陽からの光が拡散するためである。
[52] 문서 イオンエンジンの力が弱いものの、搭載燃料は少なくて済むため、機体を軽くできる。[[慣性の法則]]から明らかなように、機体が軽い方が、推進装置の力が弱くとも、機体の速度を変化させ易い。そもそもソーラーセイルでは得られる力が弱いため、併用するならば、可能な限り軽量な推進装置が求められる。
[53] 웹사이트 通信不可帯について http://www.jspec.jax[...] JSPEC/JAXA 2010-12-18
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[70] 웹사이트 IKAROS-blog ＞＞ 今日の IKAROS(03/29) https://www.isas.jax[...] JAXA 2013-03-30
[71] 웹사이트 IKAROS-blog ＞＞ 今日の IKAROS(07/04) https://www.isas.jax[...] JAXA 2013-07-04
[72] 웹사이트 IKAROS-blog ＞＞ 今日の IKAROS(12/7) https://www.isas.jax[...] JAXA 2013-12-07
[73] 웹사이트 IKAROS：3回目の冬眠モード明けについて https://www.isas.jax[...] JAXA 2014-05-26
[74] 웹사이트 IKAROSの冬眠モード移行（4回目）について https://www.isas.jax[...] JAXA 2014-08-13
[75] 웹사이트 IKAROS：4回目の冬眠モード明けについて https://www.isas.jax[...] JAXA 2015-04-30
[76] 웹사이트 第8回受賞者：第8回 Webクリエーション・アウォード http://award.wab.ne.[...] web広告研究会 2010-09-09
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[78] 웹사이트 M-V-8号機搭載のサブペイロード実験の結果について (ISAS/JAXA) http://www.isas.ac.j[...] ISAS 2006-03-03
[79] 웹사이트 M-V-7号機により打ち上げた副衛星（SSSAT）の実験結果について (ISAS/JAXA) http://www.isas.ac.j[...] ISAS 2006-10-31


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