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보이저 1호

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목차

1. 개요

보이저 1호는 1977년 발사된 무인 우주 탐사선으로, 원래는 매리너 11호로 계획되었다. 목성과 토성을 먼저 탐사한 후, 2012년 태양권계면을 통과하여 성간 공간에 진입한 최초의 인공 물체가 되었다. 현재 태양으로부터 약 240억 km 떨어진 곳에서 초속 17km의 속도로 이동하고 있으며, 2025년까지는 일부 장비 작동이 가능할 것으로 예상된다. 보이저 1호에는 지구의 생명체와 문화를 담은 보이저 황금 레코드가 실려 있다.

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보이저 1호
기본 정보
탐사 대상
탑재 장비
ISS영상 과학 시스템
RSS전파 과학 시스템
IRIS적외선 간섭계 분광계 및 복사계
UVS자외선 분광계
MAG삼축 플럭스게이트 자력계
PLS플라스마 분광계
LECP저에너지 하전 입자 계측기
CRS우주선 시스템
PRA행성 전파 천문학 조사
PPS광편광계 시스템
PWS플라스마파 하위 시스템
기타
프로그램대형 전략 과학 임무 (행성 과학 부서)
보이저 계획
현재 위치166.28 AU (248억 7천만 킬로미터)

2. 구상과 발사

보이저 1호는 원래 매리너 계획의 일부인 매리너 11호로 계획되었다. 처음부터 중력 보조를 활용하여, 이른바 '행성간 대여행'이라 불리는 행성 배치를 이용해 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 탐사할 수 있도록 설계되었다. 보이저 1호와 2호는 이 여행을 염두에 두고 설계되었으며, 발사 시점도 이에 맞춰졌다.

1977년 9월 5일, 보이저 1호는 보이저 2호보다 늦게 케이프커내버럴에서 타이탄 IIIE에 실려 발사되었다. 보이저 1호는 더 빠른 궤도로 움직여 목성과 토성을 먼저 탐사했다.

보이저 1호 발사


보이저 1호의 발사는 타이탄 로켓의 2단계 엔진 문제로 거의 실패할 뻔했으나, 센타우르 상단 로켓의 연소 시간 연장으로 궤도 진입에 성공했다. 센타우르는 자체 연소 시간을 연장하여 보이저 1호에 필요한 추가 속도를 제공하였으며, 연소 종료 시 추진제 고갈까지 불과 3.4초 남았었다.[38]

2. 1. 탐사선 구성

보이저 1호는 제트추진연구소(JPL)에서 제작되었다.[18] 16개의 히드라진 추력기, 3축 안정화 자이로스코프, 그리고 탐사선의 무선 안테나가 지구를 향하도록 유지하기 위한 기준 장비를 갖추고 있다. 이러한 장비들은 대부분 백업 장치와 8개의 백업 추력기를 포함하는 자세 및 관절 제어 하위 시스템(AACS)의 일부이다.[18] 탐사선에는 우주를 여행하는 동안 행성과 같은 천체를 연구하기 위한 11개의 과학 장비가 포함되어 있다.[19]

보이저 1호의 무선 통신 시스템은 태양계의 경계 너머까지 사용하도록 설계되었다. 지구의 심우주 통신망(NASA Deep Space Network) 세 곳의 기지국을 통해 전파를 송수신하기 위해 직경 3.7m의 고이득 카세그레인 안테나를 가지고 있다.[20] 이 우주선은 일반적으로 심우주 통신망 채널 18을 통해 2.3 GHz 또는 8.4 GHz 주파수를 사용하여 지구로 데이터를 전송하며, 지구에서 보이저로의 신호는 2.1 GHz로 전송된다.[21] 보이저 1호가 지구와 통신할 수 없는 경우, 디지털 테이프 레코더(DTR)는 나중에 전송할 약 67메가바이트의 데이터를 기록할 수 있다.[22] 현재, 보이저 1호에서 보낸 신호는 지구에 도달하는 데 22시간 이상이 걸린다.[4]

보이저 1호에는 붐에 장착된 3개의 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)가 있다. 각 MHW-RTG에는 24개의 압축된 플루토늄-238 산화물 구체가 들어 있다.[24] RTG는 발사 당시 약 470W의 전력을 생성했으며, 나머지는 폐열로 방출되었다.[23] 연료의 87.7년 반감기와 열전대의 열화로 인해 RTG의 출력은 시간이 지남에 따라 감소하지만, 적어도 2025년까지는 일부 작동을 지원할 것이다.[19][24]

보이저의 다른 장비들과 달리, 가시광선 카메라의 작동은 자율적이지 않고, 비행 데이터 하위 시스템(FDS)이라는 하나의 디지털 컴퓨터에 포함된 이미징 매개변수 테이블에 의해 제어된다. 1990년대 이후 대부분의 우주 탐사선은 완전히 자율적인 카메라를 탑재했다.[25]

컴퓨터 명령 하위 시스템(CCS)은 카메라를 제어한다. CCS에는 명령 디코딩, 오류 감지 및 오류 수정 루틴, 안테나 조준 루틴, 우주선 시퀀싱 루틴과 같은 고정된 컴퓨터 프로그램이 포함되어 있다. 이 컴퓨터는 1970년대 바이킹 궤도선에 사용된 컴퓨터의 개선된 버전이다.[26]

자세 및 관절 제어 하위 시스템(AACS)은 우주선의 방향(자세)을 제어한다. 고이득 안테나를 지구 방향으로 유지하고, 자세 변경을 제어하며, 스캔 플랫폼을 조준한다. 두 보이저에 탑재된 맞춤형 AACS 시스템은 동일하다.[27][28]

{| class="wikitable" style="text-align:center;"

|-

! scope="col" style="width:135px;" | 계기 이름

! scope="col" style="width:50px;" | 약칭

! 설명

|-

| 영상 과학 시스템

| (ISS)

| 목성, 토성 및 궤도를 따라 위치한 다른 천체들의 영상을 제공하기 위해 2개의 카메라 시스템(협대역/광대역)을 사용했다.

{| class="wikitable collapsible"

|-

! colspan="2" | 필터

|-

| style="vertical-align:top;" |

협대역 카메라[29]
이름파장스펙트럼감도
0 – 투명280–640 nm
style="background:#fff;" |
4 – 투명280–640 nm
style="background:#fff;" |
7 – UV280–370 nm
style="background:#1d0036;" |
1 – 보라색350–450 nm
style="background:#8300b5;" |
2 – 파란색430–530 nm
style="background:#00d5ff;" |
5 – 녹색530–640 nm
style="background:#ffef00;" |
6 – 녹색530–640 nm
style="background:#ffef00;" |
3 – 주황색590–640 nm
style="background:#ff8900;" |



| style="vertical-align:top;" |

광대역 카메라[30]
이름파장스펙트럼감도
2 – 투명280–640 nm--style="background:#fff;" |
3 – 보라색350–450 nm--style="background:#8300b5;" |
1 – 파란색430–530 nm--style="background:#00d5ff;" |
6 – CH4-U536–546 nm
style="background:#81ff00;" |
5 – 녹색530–640 nm--style="background:#ffef00;" |
4 – Na-D588–590 nm
style="background:#ffe200;" |
7 – 주황색590–640 nm--style="background:#ff8900;" |
0 – CH4-JST614–624 nm
style="background:#ff7b00;" |



|}

|-

| 전파 과학 시스템

| (RSS)

| 보이저 우주선의 통신 시스템을 사용하여 행성과 위성의 물리적 특성(이오노스피어, 대기, 질량, 중력장, 밀도)과 토성 고리의 물질량과 크기 분포, 고리의 크기를 측정했다.

|-

| 적외선 간섭계 분광계 및 방사계

| (IRIS)

| 전 지구적 및 지역적 에너지 균형과 대기 구성을 조사한다. 행성과 위성뿐만 아니라 토성 고리의 입자 구성, 열적 특성 및 크기를 포함하여 수직 온도 프로필도 얻는다.

|-

| 자외선 분광계

| (UVS)

| 대기 특성과 방사선을 측정하도록 설계되었다.

|-

| 3축 플럭스게이트 자력계

| (MAG)

| 목성과 토성의 자기장, 이들 행성의 자기권과 태양풍의 상호 작용, 행성간 공간의 자기장을 태양풍과 성간 공간의 자기장 사이의 경계까지 조사하도록 설계되었다.

|-

| 플라스마 분광계

| (PLS)

| 플라스마 이온의 미시적 특성을 조사하고 5 eV에서 1 keV 범위의 에너지에서 전자를 측정한다.

|-

| 저에너지 대전 입자 계기

| (LECP)

| 이온, 전자의 에너지 플럭스 및 각도 분포의 차이와 에너지 이온 구성의 차이를 측정한다.

|-

| 우주선 시스템

| (CRS)

| 성간 우주선의 기원과 가속 과정, 수명 주기, 역동적인 기여, 우주선 근원에서 원소의 핵합성, 행성간 매질에서 우주선의 거동, 그리고 포획된 행성 고에너지 입자 환경을 결정한다.

|-

| 행성 전파 천문학 조사

| (PRA)

| 스윕 주파수 무선 수신기를 사용하여 목성과 토성으로부터의 무선 방출 신호를 연구한다.

|-

| 광편광계 시스템

| (PPS)

| 편광판이 있는 망원경을 사용하여 목성과 토성의 표면 질감과 구성에 대한 정보와 두 행성 모두의 대기 산란 특성과 밀도에 대한 정보를 수집했다.

|-

| 플라스마파 시스템

| (PWS)

| 목성과 토성에서 전자 밀도 프로필에 대한 지속적인, 피막과 독립적인 측정과 지역 파동-입자 상호 작용에 대한 기본 정보를 제공하며, 자기권 연구에 유용하다.

|}

2. 2. 과학 장비

보이저 탐사선에 사용된 지름 의 고이득 접시 안테나


보이저 1호는 제트추진연구소(JPL)에서 제작되었으며, 우주를 여행하는 동안 행성과 같은 천체를 연구하기 위한 11개의 과학 장비가 포함되어 있다.[19]

3. 목성 탐사

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보이저 1호의 목성계 통과 궤적


거리에서 본 유로파의 선형 구조이지만 크레이터가 없는 표면. 현재 활동적인 지질 활동의 증거이다.


시간이벤트
1979년 3월 5일목성계 조우 시작.
06시 54분 00초420200km에서 아말테아 접근 통과
12시 05분 26초348890km에서 목성 가장 가까이 접근
15시 14분 00초20570km에서 이오 접근 통과
18시 19분 00초733760km에서 유로파 접근 통과
1979년 3월 6일
02시 15분 00초114710km에서 가니메데 접근 통과
17시 08분 00초126400km에서 칼리스토 접근 통과
1979년 4월 13일목성 탐사 끝


4. 토성 탐사

보이저 1호가 토성에 근접 4일 후 530만km 거리에서 촬영한 토성.


보이저 1호는 목성에서 중력 보조를 성공적으로 수행하여 토성으로 향했다. 1980년 11월에 토성에 도착했고, 1980년 11월 12일에 가장 가까이 접근했을 때 토성의 구름 꼭대기에서 약 124000km 떨어진 곳까지 접근했다. 탐사선의 카메라는 토성의 고리에서 복잡한 구조를 발견했고, 원격 탐사 장비는 토성과 가장 큰 위성인 타이탄의 대기를 연구했다.[41]

보이저 1호는 토성 상층 대기의 약 7%가 헬륨(목성 대기의 11%와 비교)이고, 거의 나머지는 모두 수소임을 발견했다. 토성의 내부 헬륨 함량은 목성과 태양과 같을 것으로 예상되었기 때문에, 상층 대기에서 헬륨의 함량이 낮은 것은 더 무거운 헬륨이 토성의 수소를 통해 천천히 가라앉고 있음을 시사할 수 있다. 이것은 토성이 태양으로부터 받는 에너지보다 과도한 열을 방출하는 이유를 설명할 수 있다. 토성에서는 강한 바람이 불고 있으며, 적도 근처에서 보이저는 약 500m/s의 바람을 측정했다. 바람은 주로 동쪽으로 분다.[37]

보이저는 대기 중 중위도에서 수소의 오로라와 같은 자외선 방출과 극지방(65도 이상)에서 오로라를 발견했다. 고위도 오로라 활동은 탄화수소 분자의 형성을 유도할 수 있으며, 이는 적도쪽으로 이동한다. 햇빛이 비치는 지역에서만 발생하는 중위도 오로라는 지구에서 오로라를 일으키는 것으로 알려진 전자와 이온의 충격이 주로 고위도에서 발생하기 때문에 수수께끼로 남아 있다. 두 보이저 모두 토성의 자전(하루의 길이)을 10시간 39분 24초로 측정했다.[41]

보이저 1호의 임무에는 대기가 있다고 오랫동안 알려진 토성 최대 위성인 타이탄의 근접 비행이 포함되었다. 1979년 파이오니어 11호가 촬영한 이미지는 대기가 상당하고 복잡하다는 것을 나타냈고, 관심을 더욱 높였다. 타이탄 근접 비행은 우주선이 토성에 더 가까이 접근하여 관측을 저해할 가능성을 피하기 위해 시스템에 진입하면서 발생했으며, 4000km 이내로 접근하여 지구와 태양에서 보이는 타이탄 뒤편을 통과했다. 보이저가 측정한 대기의 태양광에 대한 영향과 지상에서 측정한 탐사선의 무선 신호에 대한 영향을 사용하여 대기의 구성, 밀도 및 압력을 결정했다. 탐사선의 궤적에 대한 영향을 관찰하여 타이탄의 질량도 측정했다. 두꺼운 안개로 인해 표면을 시각적으로 관찰할 수 없었지만, 대기의 구성, 온도 및 압력 측정을 통해 표면에 액체 탄화수소 호수가 존재할 수 있다는 추측이 제기되었다.[42]

타이탄 관측이 매우 중요하다고 여겨졌기 때문에, 보이저 1호의 궤적은 최적의 타이탄 근접 비행을 중심으로 설계되었으며, 이는 토성의 남극 아래로 지나 행성 과학 임무를 종료했다.[43] 보이저 1호가 실패하거나 타이탄을 관측할 수 없었다면, 보이저 2호의 궤적이 변경되어 타이탄 근접 비행이 포함되었을 것이며,[42] 천왕성과 해왕성 방문을 막았을 것이다.[44] 보이저 1호가 발사된 궤적은 천왕성과 해왕성으로 계속 이동할 수 없었지만,[43] 타이탄 근접 비행을 피하고 토성에서 명왕성으로 이동하여 1986년에 도착할 수 있었다.[7]

5. 성간 임무

보이저 1호는 2025년까지 일부 장비를 작동시킬 수 있는 충분한 전력이 공급될 것으로 예상된다. 2012년 8월 25일경 태양권계면을 통과하여 성간 공간에 진입한 최초의 인공물체가 되었다.[31] 2024년 현재 태양으로부터 약 2400억km (약 160AU) 거리에 있으며, 초속 17km의 속도로 멀어지고 있다.

2023년 11월부터는 비행 데이터 시스템(FDS) 오류로 인해 통신 문제가 발생했으나,[143] 2024년 3월에 부분적으로 복구되었다.[144]

제트추진연구소(JPL)에서 제작된 보이저 1호는 16개의 히드라진 추력기, 3축 안정화 자이로스코프 및 기준 장비를 갖추어 탐사선의 무선 안테나가 지구를 향하도록 유지한다.[18] 탐사선에는 우주를 여행하는 동안 행성과 같은 천체를 연구하기 위한 11개의 과학 장비가 포함되어 있다.[19]

보이저 1호의 가시광선 카메라는 비행 데이터 하위 시스템(FDS)에 포함된 이미징 매개변수 테이블에 의해 제어된다. 카메라 제어는 컴퓨터 명령 하위 시스템(CCS)이 담당하며, 여기에는 명령 디코딩, 오류 감지 및 수정, 안테나 조준, 우주선 시퀀싱 등의 고정된 컴퓨터 프로그램이 포함되어 있다. 이 컴퓨터는 1970년대 바이킹 궤도선에 사용된 컴퓨터의 개선된 버전이다.[26]

자세 및 관절 제어 하위 시스템(AACS)은 우주선의 자세를 제어하고, 고이득 안테나를 지구 방향으로 유지하며, 스캔 플랫폼을 조준한다.[27][28]

1990년 2월 14일, 보이저 1호는 태양계 가족사진을 촬영했는데,[46] 여기에는 "창백한 푸른 점"으로 알려진 지구의 이미지도 포함되어 있다. 1998년 2월 17일, 보이저 1호는 파이오니어 10호를 추월하여 지구에서 가장 멀리 떨어진 우주선이 되었다.[47][48]

2013년 9월 12일, NASA는 보이저 1호가 2012년 8월 25일에 성간매질에 도달했다고 공식 확인했다.[82][83][84] 2021년 5월에는 성간 공간의 물질 밀도와 성간 소리를 최초로 측정했다.[91]

2022년 5월, NASA는 보이저 1호가 심우주통신망(DSN)에 "수수께끼 같은" 원격측정 데이터를 전송하기 시작했다고 보고했다. 이 문제는 자세 제어 시스템(AACS)에서 비롯된 것으로 확인되었으며, 2022년 8월에 다른 컴퓨터를 사용하도록 명령을 전송하여 해결했다.[94][95]

보이저 1호는 2023년 11월 14일부터 읽을 수 없는 데이터를 전송하기 시작했다. 2024년 3월 24일, NASA는 데이터 해석에 상당한 진전을 이루었다고 발표했으며,[97] 4월 20일에는 고장난 FDS 메모리 칩에서 코드를 재배치하여 상태 및 건강 정보 통신을 복구했다.[35][102] 5월 22일에는 4개의 계측기 중 2개의 과학 데이터 반환이 재개되었고,[104] 6월 13일에는 모든 계측기의 데이터가 반환됨을 확인했다.[105]

5. 1. 헬리오시스

존스홉킨스 대학교 응용물리학 연구소의 과학자들은 보이저 1호가 2003년 2월에 태양풍이 아음속으로 감속하는 지점인 종단 충격파에 진입했다고 보았으나,[53] 다른 과학자들은 이에 대해 의문을 제기했다.[54] 보이저 1호의 태양풍 검출기가 1990년에 작동을 멈추면서, 이 문제는 다른 데이터를 통해 추론해야 했다.[55][56][57]

2005년 5월, NASA는 보이저 1호가 헬리오시스에 있다는 것이 일반적인 의견이라고 밝혔다.[58] 에드 스톤은 2004년 12월 15일, 태양으로부터 94AU 거리에서 보이저 1호가 종단 충격파를 통과했다는 증거를 제시했다.[59][60]

2012년 3월, 태양에서 방출된 대량의 질량이 2013년 4월에 보이저 1호에 도달했고, 보이저 1호 주변 플라즈마 밀도가 태양권 가장자리의 40배 높다는 사실이 밝혀졌다. 이는 보이저 1호가 이미 성간 공간에 도달했음을 의미한다. 조사 결과, 보이저 1호는 2012년 8월 25일에 헬리오포즈(Heliopause)에 도달했다.[127]

2010년 12월 13일, NASA는 보이저 1호가 관측하고 있는 태양풍의 속도가 0이 되었다고 발표하며, 이는 태양권의 가장자리에 가까워지고 있음을 나타낸다고 밝혔다.[138]

보이저 1호의 위치 변천[139]
날짜태양으로부터의 거리
(억 km)		태양과의 상대 속도
(km/s)
1996년 1월 5일92.3717.445
1997년 1월 3일97.7817.395
1998년 1월 2일103.1617.351
1999년 1월 1일108.5417.314
2000년 1월 7일114.0317.283
2001년 1월 12일119.5117.258
2002년 1월 4일124.7817.236
2003년 1월 3일130.1517.216
2004년 1월 2일135.5717.203
2005년 1월 7일141.0417.180
2006년 1월 6일146.4117.159
2007년 1월 5일151.7617.136
2008년 1월 4일157.1217.110
2009년 1월 2일162.4717.093
2010년 1월 1일167.8117.074
2011년 1월 7일173.2617.060
2012년 1월 6일178.5917.049
2013년 1월 4일183.9317.042
2014년 1월 3일189.2717.035
2015년 1월 16일194.8117.027
2016년 12월 29일205.2517.015
2022년 8월 28일235.2216.999


5. 2. 헬리오포즈

2012년 8월 25일, 보이저 1호는 태양로부터 121 AU 거리에서 헬리오포즈(태양권계면)를 통과하여 성간 공간에 진입했으며, 이는 인류가 만든 물체 중 처음으로 태양계를 벗어난 사례이다.[31] 헬리오포즈 통과는 플라스마 밀도의 급격한 증가와 자기장 방향의 변화를 통해 확인되었다. 2013년 4월에는 2012년 3월 태양에서 발생한 대량의 질량 방출이 보이저 1호에 도달하면서, 탐사선 주변 플라스마 밀도가 태양권 가장자리의 40배에 달하는 것으로 측정되었다. 이는 보이저 1호가 이미 성간 공간에 도달했음을 의미하며, 과거 데이터를 통해 2012년 8월 25일에 헬리오포즈를 통과했음이 밝혀졌다.[127]

5. 3. 미래

보이저 1호는 현재 인류가 만든 물체 중 지구에서 가장 멀리 떨어져 있으며, 계속해서 멀어지고 있다. 1977년 발사된 보이저 1호는 목성과 토성 탐사를 주목표로 하였으나, 2004년 태양권계면을 통과하면서 성간 공간 탐사 임무로 전환되었다.

2025년에서 2030년 사이에는 전력 부족으로 인해 보이저 1호의 모든 장비 작동이 중단될 것으로 예상된다.[13] 2036년 이후에는 지구와의 통신도 불가능해질 수 있다.[13]

전력 감소에 따라 장비 작동 중단이 예정되어 있으며, 주요 내용은 다음과 같다.

연도사건
2007년플라스마 하위 시스템(PLS) 종료[113]
2008년행성 전파 천문학 실험(PRA) 전원 차단[113]
2016년스캔 플랫폼 및 자외선 분광계(UVS) 관측 종료[114]
미정과학 장비 작동 중지 시작 (저에너지 대전입자, 우주선 하위 시스템, 자력계, 플라스마파 하위 시스템 장비는 계속 작동 예상)[113]
미정데이터 테이프 레코더(DTR) 작동 종료[113]
미정자이로스코프 작동 종료 (백업 추력기 활성화로 작동 지속)[113]
2025년~2036년모든 장비 작동 중단, 2036년 이후 심우주 통신망(Deep Space Network) 통신 범위 이탈[13]



2017년 12월에는 1980년 이후 처음으로 궤적 수정 기동(TCM) 추력기를 가동하여, 탐사선의 안테나를 지구로 향하게 유지하고 NASA에 데이터를 계속 전송할 수 있도록 하였다.[110][32]

보이저 1호는 약 300년 후 오르트 구름에 도달하고, 3만 년에 걸쳐 통과할 것으로 예상된다.[118][119][88][79] 약 4만 년 후에는 글리제 445 별에 1.7광년 거리까지 접근할 것으로 예상된다.[120] NASA는 보이저 탐사선들이 영원히 은하수를 배회할 운명이라고 밝혔다.[121]

6. 보이저 황금 레코드

보이저 황금 레코드


보이저 황금 레코드에 담긴 영어 인사말 (닉 사간의 목소리)


보이저 1호와 보이저 2호에는 외계 지적 생명체와 만날 경우를 대비하여 지구의 소리와 이미지, 음악, 55개 언어 인사말 등이 담긴 금도금 음향-영상 디스크가 실려있다.[123][124] 이 레코드는 칼 세이건과 티모시 페리스 등이 참여하여 제작되었으며, 지구와 지구 생명체의 사진, 과학 정보, 국제연합 사무총장(쿠르트 발트하임)과 미국 대통령(지미 카터) 등의 인사말, 고래 소리, 아기 울음소리, 파도 소리, 볼프강 아마데우스 모차르트, 블라인드 윌리 존슨, 척 베리, 발야 발칸스카 등 다양한 문화와 시대를 아우르는 음악 모음인 "지구의 소리"가 담겨 있다. 또한 동서양의 클래식 음악과 전 세계의 토착 음악, 민속 음악 연주, 55개 언어의 인사말도 포함되어 있다.[125] 이 프로젝트는 지구 생명의 풍요로움과 인간의 창의성, 그리고 우주와 소통하려는 열망을 보여주기 위한 것이다.[124][31]

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[144] 웹인용 5개월간 통신 두절됐던 '보이저 1호', 반응 보였다 https://mobile.newsi[...] Newsis 2024-04-26

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