제13호 과학위성 히텐
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1. 개요
히텐은 일본이 개발한 제13호 과학위성으로, MUSES 시리즈의 첫 번째 위성이자 달 궤도 진입 기술 및 궤도 제어 실험을 위해 개발되었다. 1990년 발사되어 1993년 달 표면에 충돌하며 임무를 마쳤으며, 세계 최초로 저에너지 전송 방식을 활용하여 달 궤도에 진입하는 데 성공했다. 또한, 자(子)위성 하고로모를 분리하여 달 궤도 진입 실험을 수행했으며, 우주 먼지 계측기를 통해 지구-달 사이 우주 공간의 먼지 분포를 관측했다. 히텐의 임무는 이후 일본의 달 탐사선 개발에 기술적 토대를 제공했다.
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| 제13호 과학위성 히텐 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 임무 이름 (발사 전) | MUSES-A |
| 이름 | 히텐 (Hiten) |
| 일본어 표기 | ひてん |
| 로마자 표기 | Hiten |
| 다른 이름 | 공학 실험 위성 "히텐 (MUSES-A)" |
| 임무 세부 정보 | |
| 임무 유형 | 달 스윙바이 실험 에어로브레이킹 실험 우주 먼지 관측 |
| 관측 대상 | 행성간 공간 달 |
| 운영 주체 | ISAS |
| 주요 제조업체 | 일본전기 |
| 국제 식별 번호 | 1990-007A |
| NORAD 번호 | 20448 |
| 상태 | 운용 종료 |
| 공식 웹페이지 | ISAS 히텐 페이지 |
| 궤도 정보 | |
| 궤도 | 달 전이 궤도 |
| 주회 대상 | 지구 |
| 근지점 고도 | 262 km |
| 원지점 고도 | 286,000 km |
| 궤도 경사각 | 30.6도 |
| 궤도 주기 | 6.7일 |
| 우주선 정보 | |
| 무게 (발사 시) | 197 kg |
| 본체 크기 | ⌀1.4 m × 0.79 m |
| 전력 생산량 | 110 W |
| 자세 제어 방식 | 스핀 안정 방식 |
| 추진 시스템 | |
| 주요 추진 장치 | 23 N 하이드라진 1액체 추력기 3 N 하이드라진 1액체 추력기 |
| 탑재 장비 | |
| 탑재 장비 1 이름 | MDC |
| 탑재 장비 1 설명 | 먼지 계수기 |
| 탑재 장비 2 이름 | ONS |
| 탑재 장비 2 설명 | 광학 항행 장치 |
| 임무 일정 | |
| 발사 날짜 | 1990년 1월 24일 20:46 (UTC) |
| 발사 장소 | 우치노우라 우주 센터 |
| 발사 로켓 | 뮤-3S-II 5호기 |
| 달 근접 통과 날짜 | 1990년 3월 18일 20:04:09 |
| 달 궤도 진입 날짜 | 1993년 2월 15일 13:33 |
| 최종 충돌 날짜 | 1993년 4월 11일 |
| 임무 기간 | 3년 2개월 |
| 운영 종료 날짜 | 1993년 4월 11일 |
| 최후 접근일 (충돌) | 1993년 4월 11일 |
| 소멸 날짜 | 1993년 4월 10일 18:03:25.7 (UTC) |
| 달 궤도 정보 (1993년 2월 15일 이후) | |
| 궤도 장반축 | 6.52 달 반지름 |
| 궤도 원지점 | 29.42 달 반지름 |
| 궤도 경사 | 34.7° |
| 궤도 특성 | selene |
2. 개발 배경 및 목적
2. 1. MUSES 시리즈
2. 2. 명칭
계획 초기에는 공학 실험 위성 시리즈의 명칭으로 '''STAR''' ('''S'''pace '''T'''echnology and '''A'''stronautics '''R'''esearch, 우주 기술 및 우주 항공 연구)라는 가칭도 사용되었으며, 초호기의 가칭은 STAR-A였으나, 최종적으로 노무라 타미야 소장(당시)의 제안으로 '''MUSES''' ('''Mu''' '''S'''pace '''E'''ngineering '''S'''atellite, 뮤 로켓으로 발사하는 공학 실험기)라는 시리즈명으로 결정되었다. 시리즈 초호기인 MUSES-A에는 음악의 신인 MUSES에 가까운 동양의 개념으로 "'''히텐'''(비천)"이라는 애칭이 부여되었다. 또한, "히텐"은 "Celestial Maiden"이라는 공식 영명이 명명되었다.3. 주요 임무 및 성과
3. 1. 궤도 제어 실험
1990년 3월 19일 첫 번째 달 스윙바이를 실시하여 자(子)위성 하고로모를 분리했다. 이후 1991년 10월까지 총 10회의 스윙바이를 실시하며 가감속을 동반한 궤도 제어 실험을 수행했다. 5번째 스윙바이에서는 이후 GEOTAIL과 마찬가지로 고도 135만 km에 일시 정류하는 궤도에 시험적으로 진입했다. 1991년 3월에는 세계 최초로 지구 대기를 사용한 에어로 브레이크 실험을 2회 실시했다. 또한, 9번째 스윙바이에서 지구로부터 153만 km까지 멀어져 지구 인력권 경계 부근에 도달, 태양의 인력을 이용하여 근지점 고도를 상승시키고 10번째 스윙바이에서 달 공전 궤도에 가까운 궤도에 진입하는 방식으로 적은 연료로 달 궤도에 도달할 수 있는 항로를 실증했다.3. 2. 탄도형 달 궤도 진입 (저에너지 전송)
히텐은 최소한의 연료를 사용하여 달 궤도에 도달하는 탄도형 전이 궤도를 세계 최초로 실증했다.[13] 이 궤도는 제트 추진 연구소의 에드워드 벨브루노와 제임스 밀러가 개발한 약한 안정 경계 이론을 기반으로 한 것으로, 일반적인 호만 전이 궤도보다 훨씬 적은 연료를 사용하지만, 달 궤도 진입에는 더 오랜 시간(약 5개월)이 소요된다.[4][5]탐사선 궤도 설계는 제트 추진 연구소의 에드워드 벨브루노가 제안한 탄도형 전이 방법을 사용했다.[15] 벨브루노는 달 궤도에 진입할 수 있는 새로운 탄도형 전이 궤도를 개발했고,[15] 1990년 6월 21일에는 일본 우주국에 요청하지도 않았던 제안 내용을 보냈으며, 우주국은 긍정적인 답변을 보냈다.[16] 벨브루노와 밀러는 하고로모 궤도선의 실패 소식을 듣고, 히텐 탐사선이 달 궤도에 진입할 수 있도록 탄도 포획 궤도를 개발하여 임무를 구제하는 데 도움을 주었다.
1991년 10월 2일, 히텐은 저에너지 전송을 사용하여 일시적으로 달 궤도에 포획되었다. 이는 위성이 달 궤도로 이동하기 위해 저에너지 전송을 사용한 첫 번째 사례였다. 그 후 히텐은 먼지 입자들을 감지하기 위해서 L4와 L5 라그랑주 점을 통과했다.[6] 히텐에 실려있던 유일한 과학 장비는 "무니치 먼지 계측기"(MDC)였고, 이 기기로 검출한 결과 L4와 L5 지점에 있는 먼지의 농도는 일반적인 먼지의 농도와 크게 다르지 않았다.
3. 3. 우주 먼지 관측
히텐에는 뮌헨 공과대학교와 공동 개발한 우주 먼지 계측기(Munich Dust Counter, MDC)가 탑재되어 지구-달 사이 및 그 주변 우주 공간의 먼지 분포를 관측했다. 뮌헨 공과대학교와 공동으로 개발한 이 계측기는 뮌헨의 이름을 따 "Munich Dust Counter"라고 불리며, MDC로 약칭된다. 또한 화성 탐사선 노조미의 먼지 계측기도 MDC이지만, 이쪽은 "Mars Dust Counter"의 약칭이다. 달과 지구 사이의 라그랑주 점 L4, L5 주위를 통과하며 트로이 소행성에 상당하는 성간 먼지 발견을 기대했으나, 유의미한 먼지 증가는 관측되지 않았다. 히텐의 조사는 횟수가 적어 최종 결론은 아니지만, 코디레프스키 구름과 같은 예를 보아도 관측 성공 사례가 적어 그 존재가 의심받고 있다.3. 4. 하고로모 분리 및 달 궤도 진입 실험
하고로모는 히텐 상부에 결합된 자(子)위성이며, 달 궤도 투입 실험을 위해 개발된 40 cm × 36.5 cm 크기의 26면체 구조를 가진 실험기이다. 관측 장비는 탑재되지 않았고, 궤도 투입용 킥 모터와 통신기(비콘)를 탑재했다.[9] 1990년 2월 21일, 히텐 발사 후 분리 전에 통신 계통에 문제가 발생하여 비콘을 통한 궤도 투입 확인이 불가능하게 되었다.[9] 이는 전원계를 내장형으로 전환할 때 발생한 순간적인 부하 때문으로 추정된다.[9]1990년 3월 19일 4시 37분 3초(KST)에 지상 명령으로 히텐에서 분리되었고, 이후 타이머에 의해 같은 날 5시 4분 3초에 킥 모터가 자동 점화되었다.[9] 통신 문제로 궤도 투입 확인은 불가능했지만, 국립천문대 기소 관측소에서 로켓 빛을 포착하여 궤도 진입에 성공한 것으로 추정된다.[9] 하고로모라는 이름은 "히텐"의 맏손자라는 비유에서 따왔다.[9]
4. 달 탐사 및 임무 종료
히텐은 미국과 소련에 이어 세계에서 세 번째로 달 궤도에 진입한 탐사선이다. 광학 항법 센서를 사용하여 달 표면 사진을 촬영했지만, 과학적 의미가 있는 해상도는 아니었다. 1993년 4월 10일, 달 표면(스테비누스 크레이터와 프레넬리우스 크레이터 사이)에 의도적으로 충돌시켜 임무를 종료했다. 히텐의 달 탐사는 본격적인 과학 탐사보다는 궤도 제어 기술 실증에 초점을 맞추었기 때문에, 후대의 가구야는 "일본 최초의 본격적인 달 탐사선"으로 불린다.
5. 기술적 의의 및 영향
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