국제 혜성 탐사선

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1. 개요
2. 기존 임무: 국제 태양/지구 탐사선 3호 (ISEE-3)
- 2.1. 라그랑주 점 궤도
- 2.2. 탐사선 구조 및 과학 장비
3. 추가 임무: 국제 혜성 탐사선 (ICE)
4. 임무 종료 및 통신 두절
5. 2014년 재가동 시도 (ISEE-3 Reboot Project)
참조

1. 개요

국제 혜성 탐사선(ICE)은 원래 국제 태양/지구 탐사선 3호(ISEE-3)로, 1978년 NASA와 ESA가 공동 발사하여 태양풍과 지구 자기권의 상호 작용 등을 연구하는 임무를 수행했다. 1982년에는 혜성 꼬리와 태양풍의 상호 작용을 연구하기 위해 ICE로 명칭을 변경하고, 자코비니-친너 혜성과 핼리 혜성을 탐사했다. 1997년 임무가 종료되었으나, 2014년 민간 단체의 크라우드 펀딩을 통해 재가동을 시도했으나 추진기 문제와 통신 두절로 실패했다.

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국제 혜성 탐사선
기본 정보
ICE 위성
다른 이름	ISEE-3 국제 태양-지구 탐사선-C 익스플로러 59
임무 유형	자기권 연구 ISEE-3: 태양/지구 L1 태양풍 자코비니-지너 혜성 핼리 혜성 탐사
관측 대상	태양 자코비니-지너 혜성 핼리 혜성
소속	NASA ESA
국제 식별 번호	1978-079A
NORAD 번호	11004
상태	운용 종료
발사체	델타 2914
발사일	1978년 8월 12일 11시 12분 (동부 하계 시간)
통신 두절일	2014년 9월 16일
운용 종료일	1997년 5월 5일 (본 운용) 2014년 9월 (재운용)
질량	390 kg
전력	173 W
궤도	행성간 궤도 (최종)
근지점 고도	0.93 AU (최종)
원지점 고도	1.03 AU (최종)
궤도 경사각	0.1° (최종)
궤도 주기	355일 (최종)
자세 제어 방식	스핀 안정 제어
임무
임무 기간	18년 8개월 23일
임무 종료일	1997년 5월 5일
기타
공식 페이지	해당 정보 없음

2. 기존 임무: 국제 태양/지구 탐사선 3호 (ISEE-3)

ISEE-3 (국제 태양/지구 탐사선 3호)는 1978년 8월 12일 NASA와 ESA가 공동으로 발사했으며(발사는 NASA의 델타 로켓), NASA가 운용했다. 1978년 11월 20일, 태양-지구의 라그랑주 점 (L₁)을 도는 헤일로 궤도에 진입하여, 태양풍과 지구 자기권의 상호 작용 등을 조사했다. 1982년, 당초의 임무를 종료했다.

ISEE-3는 ISEE (국제 태양-지구 탐사선) 프로그램의 3기 중 하나였다. ISEE-1과 ISEE-2는 1977년 10월 22일에 발사되었으며, 3기는 공동으로 다음 임무를 수행할 계획이었다.

지구 자기권 외연에서의 태양-지구 상호 작용 조사
태양풍과 지구 자기권 사이 경계면(충격파) 및 지구 근처 태양풍의 상세 구조 조사
플라스마 시트를 조작하는 메커니즘의 움직임 조사
1 AU 부근 행성간 공간에서의 우주선과 태양 플레어 조사

2. 1. 라그랑주 점 궤도

국제 혜성 탐사선은 지구 표면으로부터 약 1500000km 떨어진 라그랑주 점 L₁ 헤일로 궤도에 진입한 최초의 인공 물체이다.^[15] 탐사선은 황도를 중심으로 분당 19.76번 회전했는데, 이는 지구와의 통신 유지, 전력 생산, 장비 작동을 위한 것이었다.

2. 2. 탐사선 구조 및 과학 장비

국제 혜성 탐사선은 카메라를 싣고 있지 않았지만, 에너지 입자, 파동, 플라스마를 측정하는 장비를 탑재했다.^[96] 탐사선은 태양 전지로 덮인 원통 모양이며, 네 개의 긴 안테나가 탐사선 둘레를 따라 튀어나와 있었고 총 길이는 91m였다.^[45] 탐사선의 무게는 390kg이었고, 173 와트의 전기를 만들어낼 수 있었다.

탐사선에는 에너지 입자와 파동, 플라스마를 측정하기 위한 13개의 과학 장비가 탑재되었다.^[2]^[17] 2014년 7월 기준으로, 다섯 개의 장비가 계속 작동하고 있었다. 탐사선은 카메라와 같은 사진 장비를 가지고 있지 않았다. 탐사선의 감지기는 X선과 감마선, 태양풍, 플라스마나 우주선과 같은 고에너지 입자를 측정한다. 데이터 처리 시스템은 탐사선의 모든 과학 및 엔지니어링 데이터를 모아서 전송을 위해 직렬 스트림으로 포맷했으며, 통신기의 출력 전력은 5 W였다.

13개의 과학 장비는 다음과 같다:

장비 이름	설명
태양풍 플라스마 감지기	1980년 2월 16일 이후 고장^[97]
벡터 헬륨 자력계
저에너지 우주선 관측기
중에너지 우주선 관측기
고에너지 우주선 관측기
우주선 대전입자 에너지 스펙트럼 관측기
플라스마 파동 스펙트럼 분석기
에너지 입자 이방성 분광계 (EPAS)
태양 및 행성간 전자 감지기
태양풍 교란 현상 무선 지도 제작
태양풍 이온 구성 분석계
우주선 동위원소 분광계
X선과 감마선 폭발 관측기
감마선 폭발 관측기	^[97]

3. 추가 임무: 국제 혜성 탐사선 (ICE)

1982년 ISEE-3는 혜성 탐사 임무로 전환되어 국제 혜성 탐사선(ICE)으로 명칭이 변경되었다.

ISEE-3는 새로운 미션을 위해 1982년 6월 10일부터 궤도를 변경하기 시작했다. 4번의 달 스윙바이와 15번의 엔진 분사로 이루어진 궤도 변경을 통해 L₂점에서 지구의 자기권 꼬리 (magnetotail) 등을 관측했다. 1983년 12월 22일 다섯 번째 달 스윙바이를 통해 지구 중력권 탈출 궤도에 진입했다.

ICE는 1985년 9월 11일 자코비니-친너 혜성의 플라스마 테일을 통과했고, 1986년 3월 28일에는 핼리 혜성에 약 2800만km까지 접근했다. ICE는 카메라를 탑재하지 않아 이미지 촬영은 할 수 없었지만, 주변 환경과 입자를 관측하는 19개의 관측 장치를 탑재하고 있었다.

1991년에는 율리시스와 공동으로 우주선 등을 조사하는 임무가 연장되었다.

3. 1. 궤도 변경

1982년 9월 1일, 국제 혜성 탐사선은 추진기를 이용해 L₁ 헤일로 궤도에서 천천히 벗어났다. 이후 10월 26일 달 주변을 통과한 후 지구 주변을 길게 비행하여, 지구-태양 L₂ 라그랑주 점의 리사주 궤도로 진입했다. 1983년 12월 22일에는 달 표면에서 119.4km 떨어진 곳을 지나갔다.^[17] 15번의 추진기 작동과 5번의 달 중력 보조를 통해 지구-달 시스템에서 벗어나 태양 중심 궤도에 진입했다.^[17]

3. 2. 자코비니-지너 혜성 탐사

1982년 6월 10일, 탐사선은 기존의 임무를 모두 마치고, 태양풍과 혜성 꼬리 사이의 상호작용을 연구한다는 새로운 계획이 세워져 탐사선의 명칭이 국제 혜성 탐사선(ICE)으로 바뀌게 되었다. 탐사선은 새로운 궤도를 통해 자코비니-지너 혜성과 만나게 되었다. 1985년 9월 11일, 탐사선은 혜성의 플라스마 꼬리 부분을 통과했다.^[17] ICE는 혜성 핵에서 7800km 떨어진 거리에서 혜성 핵 근접 통과를 수행했다.^[18]

ICE는 1985년 9월 11일 자코비니-지너 혜성에서 7862km 떨어진 거리에서 플라스마 테일을 통과하며, 물과 일산화 탄소 이온을 검출했다.

3. 3. 핼리 혜성 탐사

1986년 3월, 국제 혜성 탐사선은 핼리 혜성과 태양 사이를 통과했다. 이때 핼리 함대에 속하는 다른 탐사선들이 혜성에 접근하고 있었는데, 국제 혜성 탐사선은 혜성의 꼬리를 통과했으며, 혜성 핵과의 거리는 28e6km로 가장 가까웠다.^[71]^[19] 참고로 1910년 핼리 혜성과 지구의 거리는 20.8e6km였다.^[72]^[20]

3. 4. 태양 임무 (추가)

1991년, 미국 항공우주국(NASA)은 국제 혜성 탐사선(ICE)의 임무를 추가로 승인했다. 추가된 임무는 코로나 질량 방출에 대한 지상 관측과의 연계, 지속적인 우주선 연구, 율리시스 탐사선 지원을 포함했다.^[1] 1995년 5월까지, ICE는 율리시스 프로젝트의 일부 데이터 분석을 지원하며 낮은 가동률로 운영되었다.^[1]

4. 임무 종료 및 통신 두절

1997년 5월 5일, 미국 항공우주국(NASA)은 혜성 탐사 임무를 공식적으로 종료하고 탐사선과 신호를 주고받는 작업만 유지했다. 탐사 초기에는 초당 2048 비트의 전송률을 보였으나, 21P/자코비니-지너 혜성 탐사 시에는 초당 1024 비트로 감소했다. 이후 1985년 12월 9일 초당 512 비트, 1987년 1월 5일 초당 256 비트, 1989년 1월 24일 초당 128 비트, 1991년 12월 27일 초당 64 비트로 점차 감소했다. NASA는 탐사선을 스미소니언 박물관에 기증했다.^[73]

1990년 1월, 국제 혜성 탐사선은 원일점 1.03 천문단위, 근일점 0.93 천문단위, 궤도 경사각 0.1도, 공전 주기 355일의 태양 주회 궤도에 있었다. 1999년, NASA는 탐사선의 신호를 확인하기 위해 간단한 통신을 시도했다.

2008년 9월 18일, NASA는 키네틱스(KinetX)사의 도움을 받아 심우주 통신망을 통해 탐사선이 1999년 이후에도 켜져 있는 상태임을 확인했다. 상태 점검 결과, 13개의 실험 기구 중 12개가 여전히 작동 중이며, 150m/s의 Δv가 남아 있는 것으로 나타났다. 과학자들은 2014년 탐사선이 지구에 다시 접근하면 탐사선을 재가동하여 2017년이나 2018년에 다른 혜성을 탐사하는 데 재사용하는 방안을 논의했다.^[74]^[75]

5. 2014년 재가동 시도 (ISEE-3 Reboot Project)

NASA의 관심이 줄어든 후, 민간에서 국제 혜성 탐사선(ISEE-3)을 재가동하여 다른 혜성 탐사를 시도했다. 2008년 9월, NASA는 KinetX사의 도움으로 심우주 통신망을 통해 탐사선이 여전히 작동 중이며, 실험 기구 대부분이 정상이고 Δv도 남아 있음을 확인했다.^[74] 과학자들은 2017년이나 2018년에 다른 혜성을 탐사하는 데 탐사선을 다시 사용하는 방안을 논의했다.^[75]

2014년, 엔지니어, 프로그래머, 과학자 등으로 구성된 민간 그룹은 "ISEE-3 재가동 프로젝트"를 시작하여 탐사선을 제어하여 다른 혜성으로 보내는 것을 목표로 연구를 진행했다.^[66] 2014년 5월 29일, 아레시보 천문대를 이용하여 소프트웨어 정의 무선으로 탐사선과의 양방향 통신에 성공했다.^[55] 그러나 2014년 7월 2일, 추진기 점화 시도는 추진제 가압용 질소 가스 부족으로 실패했다.^[56]^[57]^[58] 이후 대체 방안을 고안했으나, 2014년 9월 16일에 통신이 두절되었다.^[59]

5. 1. 크라우드 펀딩 및 NASA 협력

2014년 4월, "ISEE-3 재가동 프로젝트" 팀은 탐사선과의 통신을 재개하고 엔진을 점화하여 지구 근처 궤도로 복귀시킨 후, 원래 임무를 계속하도록 하는 프로젝트를 발표했다.^[76] 이들은 성공하면 ISEE-3에서 보내오는 모든 데이터를 클라우드 소싱을 통해 공유하고 분석할 것이라고 밝혔다.^[76]

2014년 5월 15일, 이 프로젝트는 로켓허브에서 크라우드 펀딩으로 125000USD 모금에 성공했다.^[77] 이 자금은 탐사선과 통신하기 위한 소프트웨어 제작, NASA 아카이브에서 탐사선 제어 기술 검색, 접시 안테나 구입 비용으로 사용될 예정이었다.^[77] 프로젝트 팀은 다음 목표를 150000USD로 설정했고, 최종적으로 159502USD를 모금했다.^[78]

프로젝트 참여자들은 2014년 5월이나 6월, 늦어도 7월 초까지 탐사선 궤도를 변경하면 달의 중력을 이용하여 탐사선을 헤일로 궤도로 보낼 수 있다고 판단했다.^[79]^[88]^[80]

NASA는 1999년에 탐사선 통신용 심우주 통신망 장치를 폐기했기 때문에, 프로젝트 구성원들은 GNU 라디오 프로젝트의 오픈 소스 프로그램을 사용하여 무선 소프트웨어 기술(SDR)로 복잡한 변조/복조 전자를 시뮬레이션했다.^[81] 2014년 5월 19일, 필요한 하드웨어와 재고 SDR 송수신기 전력 증폭기를 확보한 후,^[82] 아레시보 천문대의 305m 전파 망원경 아래에 장치를 설치했다.^[82]^[83] 탐사선 통제권을 확보하면 모어헤드 주립 대학교 우주 과학 센터의 21m 접시 안테나로 통신 대상을 변경할 계획이었고, 보훔 천문대의 20m 접시 안테나는 보조 중계국으로 사용할 예정이었다.^[82]

NASA는 프로젝트에 자금을 지원하지 않았지만, 관련 관리 직책을 신설하고 탐사선과의 통신 시도를 허가했다. 2014년 5월 21일, NASA는 ISEE-3 재가동 프로젝트 팀과 비상환 우주 협정을 체결했다고 발표했다. 이는 NASA가 더 이상 사용하지 않거나 나중에 사용할 계획이 있는 탐사선 사용에 대한 계약을 체결한 최초의 사례였다.^[84]

5. 2. 통신 복구 및 추진기 문제

2014년 5월 29일, 재가동 팀은 탐사선에 원격 명령을 내려 통신기를 가동하기 위해 엔지니어링 모드로 전환시키는 데 성공했다.^[85]^[86] 골드스톤 우주통신 단지의 DSS-24 안테나를 이용하여 6월 26일에 탐사선의 궤도 전환에 필요한 네 가지 매개변수를 얻어냈다.^[87]

1987년 이후 처음으로 7월 2일, 팀은 탐사선의 추진기를 작동시켰다. 이는 7월 중순으로 예정된 궤도 수정을 위해 탐사선을 정상 속도로 회전시키기 위한 것이었다.^[90]^[91] 그러나 7월 8일, 주 엔진 가동은 연료 탱크를 가압하는 데 필요한 질소 가스가 부족하여 실패했다.^[67]^[68]^[92]

5. 3. 달 근접 통과 및 통신 두절

2014년 8월 10일 18시 16분(UTC), 국제 혜성 탐사선은 달 표면에서 15600km 떨어진 곳을 지나가며 데이터를 수집했다.^[95]^[44] 이후 탐사선은 계속 태양을 공전하며 17년 후인 2031년에 지구 근처로 다시 접근할 예정이다.^[95]^[44]

2014년 9월 16일, 탐사선과의 통신이 두절되었다.^[70]^[14]^[59] 탐사선의 정확한 궤도를 알 수 없어 통신 재개 여부는 불확실하다. 달 근접 통과로 인해 탐사선과 태양 사이의 거리가 멀어져 태양 전지판에서 생산되는 전력이 감소했고, 1981년에 배터리가 고장나 전력 생산량이 더욱 줄었다. 전력 감소로 탐사선은 안전 모드로 전환되었을 가능성이 있으며, 이 경우 정확한 궤도 정보 없이는 통신을 재개하기 어렵다.^[70]^[14]

참조

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