레인저 4호
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1. 개요
레인저 4호는 1962년 4월 24일에 발사된 미국의 달 탐사선으로, 레인저 3호와 유사한 블록 II 레인저 우주선으로 설계되었다. 텔레비전 카메라, 감마선 분광기, 레이더 고도계, 지진계 등을 탑재하고 달 표면의 사진 촬영과 지진 활동 관측을 시도했다. 발사 및 궤도 진입은 성공했으나, 아제나 로켓 분리 후 통신 오류가 발생하여 달 뒷면에 충돌하는 데 그쳤다. 비록 임무는 실패했지만, 다른 천체에 도달한 최초의 미국 탐사선으로 기록되었으며, 달 뒷면에 충돌한 최초의 탐사선이라는 의의를 가진다.
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| 레인저 4호 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 임무 유형 | 달 충돌 탐사선 |
| 운영 기관 | NASA |
| 하버드 명칭 | 1962 Mu 1 |
| COSPAR ID | 1962-012A |
| SATCAT | 280 |
| 임무 기간 | 작동 시간 10시간, 충돌까지 64시간 |
| 우주선 정보 | |
| 제작사 | 제트 추진 연구소 |
| 전력 | 135 W |
| 발사 정보 | |
| 발사일 | UTC |
| 발사 로켓 | 아틀라스 LV-3 아제나-B |
| 발사 장소 | 케이프커내버럴 공군 기지 LC-12 |
| 궤도 정보 | |
| 행성 간 이동 정보 | |
| 유형 | 충돌 탐사선 |
| 목표 천체 | Lunar |
| 도착일 | UTC 충돌 전 고장 |
| 탑재 장비 | |
| 장비 목록 | 텔레비전 카메라 감마선 분광계 레이더 고도계 지진계 |
| 프로그램 정보 | |
| 프로그램 | Ranger |
| 이전 임무 | 레인저 3호 |
| 다음 임무 | 레인저 5호 |
| 기타 정보 | |
| 충돌 위치 | 달 뒷면, 남위 15.5도, 서경 130.7도 |
2. 우주선 설계
레인저 4호는 레인저 3호와 거의 동일한 블록 II 레인저 우주선으로, 기본적인 설계 구조는 동일했다. 주요 구성 요소로는 발사나무 충격 제한 장치로 덮인 달 캡슐, 역추진 로켓, 금색 및 크롬 도금 육각형 베이스, 고이득 접시 안테나, 그리고 두 개의 태양 전지판 등이 있었다.
레인저 3호에서 열 살균이 컴퓨터 오작동을 일으킨 것으로 추정되어, 레인저 4호에서는 이 절차가 생략되었다. 지진계 캡슐은 더 나은 열 보호를 위해 톱니 패턴으로 칠해졌다.[2]
2. 1. 주요 구성 요소
레인저 4호는 레인저 3호와 동일한 "블록 II 레인저 탐사선"이었다.[11] 탐사선의 무게는 331kg이고 높이는 3.1m였다. 탐사선에는 "발사우드 충돌 제어기"가 설치된 지름 0.65m의 달 충돌 캡슐이 있었으며, 이 캡슐에는 단일추진제 경로 수정 엔진과 추진력 22.6kN의 역추진 로켓이 장착되었다. 우주선 기판은 금 및 크로뮴으로 도금된 지름 1.5m 육각형 판이었으며, 여기에 고이득 안테나가 부착되었다. 폭이 5.2m인 태양 전지판 2개 또한 기판에 장착되어 우주에서 펼쳐졌다.[11]전력은 태양 전지판에 포함된 8680개의 태양 전지에서 발전했으며, 11.5kg에 저장 용량 1kWh짜리 아연화 은 배터리를 사용했다.[11] 우주선 조정은 SSD 컴퓨터와 지구에서 직접 명령을 내리는 방식 둘을 사용했다. 고도 조정은 지구 및 태양 추적기, 자이로스코프, 제트 분사기들을 이용했다. 통신 시스템은 960MHz 대역을 사용했으며, 입력 3W, 출력 50W 짜리 고이득 안테나와 무지향성 안테나를 사용했다. 열 조절은 흰색 페인트, 금 및 크로뮴 도금, 은으로 도금된 플라스틱 판으로 해결했다.[11] 레인저 3호 컴퓨터에서 열 살균으로 인해 오작동이 초래된 것으로 추정되었기 때문에, 이 절차는 레인저 4호에서 사라졌다. 달 캡슐에는 열로부터의 보호를 위한 톱니 모양이 그려져 있었다.[11]
실험 장비는 다음과 같았다.[11]
달 캡슐에 실린 지진계에는 50밀리와트 송신기, 전압 조정기, 턴스타일 안테나, 30일치 은-카드뮴 배터리 6개가 실렸고, 모두 달에 130km/h에서 160km/h 속도로 충돌할 것을 상정하여 제작되었다. 레이다 고도계는 반사율 연구에 사용될 목적이었지만, 캡슐 분리 및 역추진 로켓 점화에도 사용할 예정이었다.[11]
2. 2. 실험 장비
레인저 4호는 레인저 3호와 거의 동일한 "블록 II 레인저 탐사선"으로, 무게는 331 kg, 높이는 3.1m였다. 탐사선에는 "발사우드 충돌 제어기"가 설치된 지름 65cm의 달 충돌 캡슐이 있었고, 단일추진제 경로 수정 엔진과 추진력 22.6kN의 역추진 로켓이 장착되었다. 우주선 기판은 금 및 크로뮴으로 도금된 지름 1.5m 육각형 판이었으며, 여기에 고이득 안테나가 부착되었다. 폭 5.2m인 태양 전지판 2개도 기판에 장착되어 우주에서 펼쳐졌다. 전력은 태양 전지판의 태양 전지 8680개에서 발전했으며, 11.5kg에 저장 용량 1 kWh짜리 아연화 은 배터리를 사용했다.[11]우주선 조정은 SSD 컴퓨터와 지구에서의 직접 명령을 병행했다. 고도 조정은 지구 및 태양 추적기, 자이로스코프, 제트 분사기를 이용했다. 통신 시스템은 960 MHz 대역을 사용했으며, 입력 3 W, 출력 50 W 짜리 고이득 안테나와 무지향성 안테나를 사용했다. 열 조절은 흰색 페인트, 금 및 크로뮴 도금, 은으로 도금된 플라스틱 판으로 이루어졌다. 레인저 3호에서 열 살균으로 인해 컴퓨터 오작동이 발생한 것으로 추정되어, 레인저 4호에서는 이 절차가 생략되었다. 달 캡슐에는 열 보호를 위한 톱니 모양이 그려져 있었다.[11]
실험 장비는 다음과 같았다.[11]
달 캡슐에 실린 지진계에는 50 밀리와트 송신기, 전압 조정기, 턴스타일 안테나, 30일치 은-카드뮴 배터리 6개가 실렸고, 모두 달에 130km/h에서 160km/h로 충돌하는 상황을 가정하여 제작되었다. 레이다 고도계는 반사율 연구에 사용될 목적이었지만, 캡슐 분리 및 역추진 로켓 점화에도 사용될 예정이었다.[11]
레인저 4호의 임무는 아틀라스-아제나 로켓을 이용하여 달 전이 궤도까지 가속한 후, 중간 궤도 수정을 통해 달 표면에 충돌하는 것이었다. 또한 적절한 달 고도에 도달하면 지진계가 들어있는 착륙 캡슐을 분리하고 역분사 로켓을 점화하여 연착륙을 시도할 계획이었다. 그러나 중앙 컴퓨터와 시퀀서의 전원 문제로 주 시계가 멈추면서, 사전에 계획된 작동들이 실행되지 않았다. 이로 인해 태양 전지판 전개와 양지 보조 시스템 운용이 불가능해졌고, 우주선은 목적 없이 표류하게 되었다. 중간 궤도 수정 역시 이루어지지 않았다. 레인저 4호의 운용은 발사 10시간 후에 중단되었지만, 착륙 캡슐 안의 50밀리와트 송신기를 통해 추적되었다. [11]
3. 임무 상세
3. 1. 문제 발생
3월 초, 아틀라스 133D와 아제나 6004가 케이프커내버럴 공군 기지에 도착해 점검을 받았다. 이전과는 다르게 발사체와 탐사선 모두 모든 점검을 무리 없이 통과했다. 4월 20일 레인저 4호는 발사체에 탑재되었고, 4월 24일 오후 3시 50분에 발사되었다. 발사 과정은 완벽하게 진행되었고, 아틀라스와 아제나 모두 정상적으로 작동하여 레인저 4호는 달 전이궤도에 진입하였다.[11]
아제나 로켓에서 분리된 후, 레인저 4호의 통신 장비에 오류가 있음이 드러났다. 신호는 수신되었지만, 명령어를 보냈을 때 응답이 없었다. 탐사선의 트랜스폰더가 불규칙적으로 변화하는 것으로 보아, 레인저 4호가 심각하게 회전하고 있으며 고이득 안테나와 태양 전지가 펼쳐지지 않았음이 밝혀졌다.
아틀라스 아제나 로켓이 너무 완벽하게 작동했던 탓에, 레인저 4호는 달로 향할 때 중간에 궤도를 조정할 필요조차 없이 바로 달에 충돌하는 궤도로 진입했다. 이는 우주선이 고장 났을 때는 역으로 심각하게 좋지 않았다. 지상 관제소는 태양 전지판을 펴고 우주선의 회전을 멈추기 위해 수동으로 자세 조정 장치를 작동시키려고 시도했지만, 아무것도 작동하지 않았다. 제트 추진 연구소의 데이터 분석 팀은 레인저 4호 중앙 컴퓨터의 타이머가 멈춰서, 예약된 통신 장비 가동 및 태양 전지판 전개가 일어나지 않았고, 수동으로 조작할 수도 없는 상황이 되었다고 결론지었다.[11]
달 충돌이 확정되었음에도 탐사는 실패로 결론났다. 발사체가 완벽히 동작했음에 만족해야 했다. 레인저 1~3호에서 발생했던 발사체 문제는 모두 해결되었지만, 탐사선 자체의 문제가 새로 생겨 데이터를 하나도 보내오지 못했다. 레인저 4호가 카리브해와 남아프리카 공화국 추적소 사이를 지나갈 때 문제가 발생했기 때문에 타이머 문제의 원인을 자세히 알 수 없다.[11]
태양 전지가 없었기 때문에 레인저 4호의 배터리는 4월 26일 아침 방전되었고, 통신기는 작동을 멈췄다. 지진계 캡슐의 소형 송신기는 50 밀리와트 신호를 계속해서 보내왔다. 레인저 4호는 결국 달의 뒷면, 동경 229.3, 남위 15.5 지점에 1962년 4월 26일 12:49:53(UTC)에 9600km/h로 충돌했고, 64시간 동안의 비행을 거친 후였다.[11]
3. 2. 결과
아제나 로켓과 분리된 후, 레인저 4호의 통신 장비에 오류가 발생했다. 신호는 수신되었지만 명령어에는 응답이 없었다. 탐사선의 트랜스폰더가 불규칙적으로 변화하는 것으로 보아, 레인저 4호는 심각하게 회전하고 있으며 고이득 안테나와 태양 전지가 펼쳐지지 않았음이 밝혀졌다.[11]
아틀라스와 아제나 로켓이 너무 완벽하게 작동했던 탓에, 레인저 4호는 중간 궤도 수정 없이 바로 달에 충돌하는 궤도로 진입했다. 이는 우주선 고장 시에는 역으로 심각한 문제가 되었다. 지상 관제소는 수동으로 자세 조정 장치를 작동시키려 시도했지만, 아무것도 작동하지 않았다. 제트 추진 연구소의 데이터 분석 팀은 레인저 4호 중앙 컴퓨터의 타이머가 멈춰서 통신 장비 가동 및 태양 전지판 전개가 일어나지 않았고, 수동 조작도 불가능한 상황이 되었다고 결론지었다.[11]
달 충돌은 확정되었지만, 탐사는 실패로 결론났다. 발사체는 완벽히 동작했지만, 레인저 1~3호에서 발생했던 발사체 문제는 해결되었지만 탐사선 자체의 문제가 새로 발생하여 데이터를 전혀 보내오지 못했다. 레인저 4호가 카리브해와 남아프리카 공화국 추적소 사이를 지나갈 때 문제가 발생하였기 때문에 타이머 문제의 원인은 자세히 알 수 없었다.[11]
태양 전지가 없었기 때문에 레인저 4호의 배터리는 4월 26일 아침 방전되었고 통신기는 작동을 멈췄다. 지진계 캡슐의 소형 송신기는 50 밀리와트 신호를 계속해서 보내왔다. 레인저 4호는 결국 달의 뒷면, 동경 229.3, 남위 15.5 지점에 1962년 4월 26일 12:49:53(UTC)에 9600km/h로 충돌했고, 64시간 동안의 비행을 거친 후였다.[11]
NASA 관계자들은 레인저 4호를 최대한 긍정적으로 평가했다. 레인저 4호는 최초로 다른 천체에 도달한 미국 탐사선으로, 임무 목표는 달성하지 못했지만 아틀라스-아제나-레인저 묶음이 이상 없이 작동했던 최초 사례였다. 1959년 소련의 루나 2호보다 더 진보된 형태의 탐사선이었다는 점도 홍보했다. 레인저 4호는 최초로 달의 뒷면에 충돌한 탐사선이라는 칭호도 얻었다.[12]
4. 의의 및 영향
레인저 4호는 아틀라스와 아제나 발사체의 성능은 완벽했지만, 우주선 자체의 결함으로 인해 임무는 실패했다.[5][6] JPL 분석팀은 컴퓨터 메인 타이머 고장으로 탐사선이 수동 명령에 반응하지 않았다고 결론 내렸다.
결국 레인저 4호는 1962년 4월 26일 달 뒷면에 9600km/h 속도로 충돌했다.[2][3][4] 이로써 이전 임무들과 달리 유용한 데이터를 전혀 얻지 못했다.
4. 1. 긍정적 평가
NASA 관계자들은 레인저 4호의 임무에 대해 긍정적인 평가를 내리려고 노력했다. 비록 주요 목표는 달성하지 못했지만, 레인저 4호는 미국 탐사선 최초로 다른 천체(달)에 도달했으며, 아틀라스-아제나-레인저 로켓 조합이 문제없이 작동한 첫 사례였다. 또한 1959년 소련의 루나 2호보다 더 발전된 형태의 탐사선이었다는 점을 강조했다. 레인저 4호는 달 뒷면에 충돌한 최초의 탐사선이라는 기록도 세웠다.[12]4. 2. 부정적 평가
레인저 4호는 발사 과정은 성공적이었지만, 우주선 자체의 결함으로 인해 임무 목표를 달성하지 못했다. 특히, 우주선 컴퓨터의 메인 타이머가 작동하지 않아 원격 측정 시스템과 태양 전지판 전개 등 사전 프로그래밍된 이벤트가 모두 비활성화되었다. 이로 인해 지상 관제소의 명령에도 반응하지 않았고, 결국 유용한 과학적 데이터를 전혀 얻지 못한 채 달 뒷면에 충돌했다.[5][6]NASA는 이 임무를 통해 미국 우주선이 처음으로 달 표면에 도달했다는 점과 아틀라스-아제나 로켓의 성능이 뛰어났다는 점을 긍정적으로 평가하려 했다.[4] 그러나 레인저 4호는 1959년 소련의 루나 2호보다 "훨씬 더 정교한" 우주선이었음에도 불구하고, 탐사선 자체의 문제로 인해 실질적인 성과를 얻지 못했다는 점에서 부정적인 평가를 피할 수 없었다.[4] 이는 이전의 레인저 1~3호가 로켓 문제로 어려움을 겪었던 것과는 대조적으로, 탐사선 자체의 신뢰성 문제가 얼마나 중요한지를 보여주는 사례였다.
참조
[1]
웹사이트
Experiments on Ranger 4
https://nssdc.gsfc.n[...]
2022-12-03
[2]
웹사이트
National Space Science Data Center - Ranger 4
https://nssdc.gsfc.n[...]
National Air and Space Administration
2012-06-19
[3]
뉴스
Ranger 4 crashes on Moon
https://news.google.[...]
Lewiston Morning Tribune
1962-04-27
[4]
뉴스
Ranger-4 hits moon in new space triumph
https://news.google.[...]
Bend Bulletin
1962-04-26
[5]
뉴스
'Brainless' Ranger tumbles into space
https://news.google.[...]
Lawrence Daily Journal-World
1962-04-24
[6]
뉴스
Ranger 4 shot starts 60-hr trip
https://news.google.[...]
Bend Bulletin
1962-04-23
[7]
웹사이트
Farside Science: The Sage of Ranger 4's Moon Journey
https://www.leonardd[...]
2018-12-30
[8]
간행물
Discussion
[9]
문서
NSSDC Master Catalog
http://nssdc.gsfc.na[...]
[10]
문서
Reuters.com
http://in.reuters.co[...]
[11]
웹인용
Ranger 4
https://nssdc.gsfc.n[...]
2018-04-28
[12]
저널
Discussion
https://www.scienced[...]
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