파이어니어 10호

3. 구조

파이어니어 10호의 본체는 육각형 모양이며, 깊이는 36cm이고 각 패널의 길이는 76cm이다. 본체에는 탐사선의 방향을 제어하는 추진제와 11개의 과학 장비 중 8개가 탑재되어 있었다. 장비 구획은 유성체로부터 보호하기 위해 알루미늄 벌집 구조 내에 위치해 있었고, 알루미늄 처리된 마일러와 캡톤 담요로 구성된 단열층은 수동적인 열 제어를 제공했다. 열은 구획 내부의 전기 부품에서 발생하는 70~120 와트(W)의 열 소산으로 생성되었으며, 이 열 범위는 장비 작동 한계 내에서 장착 플랫폼 아래에 위치한 루버를 통해 유지되었다.

발사 당시 파이어니어 10호는 지름 42cm의 구형 탱크에 36kg의 액체 히드라진 단일 추진제를 탑재했다. 탐사선의 방향은 세 쌍으로 장착된 4.5 N의 히드라진 추력기 6개로 유지되었다.^[2] 한 쌍은 4.8 rpm의 일정한 회전 속도를 유지하고, 다른 한 쌍은 전방 추력을 제어하며, 나머지 한 쌍은 자세를 제어했다. 자세를 제어하는 한 쌍은 지구 궤도를 추적하기 위한 원추 주사 기동에 사용되었다.^[3] 방향 정보는 카노푸스를 참조할 수 있는 별 센서와 두 개의 태양 센서로도 제공되었다.

파이어니어 10호는 4개의 SNAP-19 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)를 사용했다. RTG는 각각 3m 길이이고 120도 간격으로 배치된 두 개의 3개 막대 트러스에 위치해 있었다. RTG는 발사 시 총 155W를 제공했으며, 목성으로 이동하는 동안 140W로 감소했다. 우주선은 모든 시스템에 전력을 공급하기 위해 100W를 필요로 했다. 발전기는 플루토늄-238 방사성 동위원소 연료로 전력을 공급받았으며, 이는 흑연 방열판으로 보호되는 다층 캡슐에 보관되어 있었다. 플루토늄-238은 반감기가 87.74년이므로 29년 후 RTG에서 생성되는 방사선은 발사 시 강도의 80%에 달했다. 그러나 열전쌍 접합부의 지속적인 열화로 전기 에너지 생산이 더욱 빠르게 감소하여 2001년에는 총 전력 출력이 65W였다.

3. 1. 과학 장비

헬륨 벡터 자력계(Helium Vector Magnetometer, HVM)
	이 장비는 행성간 자기장의 미세 구조를 측정하고, 목성의 자기장을 지도화했으며, 목성과 태양풍의 상호 작용을 평가하기 위한 자기장 측정을 제공했다. 자력계는 우주선의 자기장으로부터 장비를 부분적으로 격리하기 위해 6.6m 붐에 장착된 헬륨으로 채워진 셀로 구성되어 있다.
사구형 플라즈마 분석기
	태양에서 기원하는 태양풍의 입자를 감지하기 위해 대형 접시 모양의 안테나의 구멍을 통해 관찰한다.[4]
하전 입자 장비 (CPI)
	태양계의 우주선을 감지한다.[5]
우주선 망원경 (CRT)
	우주선 입자의 구성과 에너지 범위를 수집한다.[6]
가이거 계수관 망원경 (GTT)
	목성의 방사선 벨트를 통과하는 우주선의 경로를 따라 전자와 양성자의 강도, 에너지 스펙트럼 및 각도 분포를 조사한다.[7]
포획된 방사선 감지기 (TRD)
	입자가 통과하면서 특정 방향으로 방출되는 빛을 감지하는 비집속 체렌코프 계수기가 포함되어 있으며, 이는 0.5~12 MeV의 에너지를 가진 전자를 기록하고, 100~400 keV의 에너지를 가진 전자를 위한 전자 산란 감지기, 그리고 최소 이온화 입자(<3 MeV)와 50~350 MeV 범위의 양성자를 측정하는 고체 다이오드로 구성된 최소 이온화 감지기를 포함한다.[8]
유성체 감지기
	주 안테나 뒷면에 장착된 12개의 가압 셀 감지기 패널이 작은 유성체의 침투 충격을 기록한다.[9]
소행성/유성체 감지기 (AMD)
	유성체-소행성 감지기는 먼지 조각부터 멀리 떨어진 큰 소행성까지 다양한 입자를 추적하기 위해 4개의 비이미징 망원경으로 우주를 관찰한다.[10]
자외선 분광계
	자외선은 공간 및 목성의 수소와 헬륨의 양을 결정하기 위해 감지된다.[11]
이미징 편광계 (IPP)
	이 이미징 실험은 우주선의 회전을 이용하여 0.03도 폭의 좁은 스트립으로 작은 망원경이 행성을 가로질러 빨간색과 파란색 빛으로 행성을 관찰한다. 그런 다음 이 스트립을 처리하여 행성의 시각적 이미지를 구성했다.[12]
적외선 복사계
	구름 온도와 목성에서 방출되는 열에 대한 정보를 제공한다.[13]

이 외에도, 파이어니어 10호는 칼 세이건의 제안으로 외계 지적 생명체에게 보내는 메시지를 담은 금속판을 탑재했다.

4. 탐사 일정

파이어니어 10호는 1972년 3월 3일에 발사되어 1973년 12월에 목성에 약 130000km까지 접근하여 사진을 전송했다.^[26][27]

4. 1. 발사 및 초기 궤도

4. 2. 소행성대 통과

4. 3. 목성 탐사

4. 3. 1. 목성 접근 타임라인

4. 4. 심우주 탐사

5. 파이어니어 변칙

1980년 파이어니어 10호가 천왕성 궤도를 넘은 부근(태양에서 20천문 단위 부근)에서 이론적으로 예측된 것보다 아주 약간 "감속"하는 현상(태양 쪽으로 가속되는 현상)이 발견되었다.^[20] 이후 파이어니어 11호와 다른 태양계 외곽으로 향한 탐사선에서도 같은 현상이 발견되어, 이를 "파이어니어 이상 현상"이라고 부르게 되었다. 1999년경에는 약 9^-8 cm/s²의 감속이 확인되었지만, 이는 태양계 바깥을 향하는 모든 탐사선에서 나타나는 현상이었다.

이 감속의 원인은 오랫동안 명확하게 밝혀지지 않아, 외부에서 작용하는 미지의 힘, 탐사선 내부 요인, 궤도 분석 프로그램의 오류 등 다양한 가능성이 제기되었다. 그러나 2012년에 탐사선에 탑재된 원자력 전지의 방열에 편향이 발생하여, 열복사로 인해 예상하지 못한 추진력이 발생한 것이 원인으로 밝혀졌다.^[21]

6. 현재 상태와 미래

Pioneer 10^영어는 2024년 6월 현재 지구에서 약 137.3AU, 태양에서 약 136.3AU 떨어진 곳에 위치하며, 황소자리 방향으로 이동하고 있다. 햇빛이 Pioneer 10^영어에 도달하는 데 18.9시간이 걸리며, 우주선에서 본 태양의 밝기는 -16.0등급이다.

2023년 7월 18일, 보이저 2호가 Pioneer 10^영어를 추월하여, Pioneer 10^영어는 보이저 1호와 보이저 2호 다음으로 태양으로부터 가장 멀리 떨어진 우주선이 되었다.^[15][16]

아무런 방해 없이 진행된다면, Pioneer 10^영어는 알데바란 방향으로 향할 것으로 예상되며, 이 별에 도달하는 데 2백만 년 이상이 걸릴 것이다. 그보다 훨씬 전인 약 9만 년 후, Pioneer 10^영어는 HIP 117795로부터 약 0.23pc 떨어진 곳을 지나갈 것이다. 이는 태양계를 벗어나는 모든 우주선 중 향후 수백만 년 동안 가장 가까운 별과의 근접 비행이 될 것이다.

7. 대중문화

영화 ''스타 트렉 V: 최후의 결전''에서 클링온 버드 오브 프레이가 표적 연습 삼아 파이어니어 10호를 파괴한다.

연속적인 추측성 픽션 멀티미디어 내러티브 ''17776''에서 주요 등장인물 중 하나는 지각 능력이 있는 파이어니어 10호이다.

참조

_[1] 잡지 PIONEER BEAT 'WARRANTY' http://aviationweek.[...] 2017-09-15
_[2] 백과사전 Pioneer 10-11 http://astronautix.c[...] 2011-02-08
_[3] 웹사이트 Weebau Spaceflight Encyclopedia http://weebau.com/sa[...] 2012-01-12
_[4] 웹사이트 Quadrispherical Plasma Analyzer https://nssdc.gsfc.n[...] NASA / National Space Science Data Center 2011-02-19
_[5] 웹사이트 Charged Particle Instrument (CPI) https://nssdc.gsfc.n[...] NASA / National Space Science Data Center 2011-02-19
_[6] 웹사이트 Cosmic-Ray Spectra https://nssdc.gsfc.n[...] NASA / National Space Science Data Center 2011-02-19
_[7] 웹사이트 Geiger Tube Telescope (GTT) https://nssdc.gsfc.n[...] NASA / National Space Science Data Center 2011-02-19
_[8] 웹사이트 Jovian Trapped Radiation https://nssdc.gsfc.n[...] NASA / National Space Science Data Center 2011-02-19
_[9] 웹사이트 Meteoroid Detectors https://nssdc.gsfc.n[...] NASA / National Space Science Data Center 2011-02-19
_[10] 웹사이트 Asteroid/Meteoroid Astronomy https://nssdc.gsfc.n[...] NASA / National Space Science Data Center 2011-02-19
_[11] 웹사이트 Ultraviolet Photometry https://nssdc.gsfc.n[...] NASA / National Space Science Data Center 2011-02-19
_[12] 웹사이트 Imaging Photopolarimeter (IPP) https://nssdc.gsfc.n[...] NASA / National Space Science Data Center 2011-02-19
_[13] 웹사이트 Infrared Radiometers https://nssdc.gsfc.n[...] NASA / National Space Science Data Center 2011-02-19
_[14] 잡지 This Month in History 2003-06-01
_[15] 웹사이트 Distance between the Sun and Voyager 2 https://ssd.jpl.nasa[...]
_[16] 웹사이트 Distance between the Sun and Pioneer 10 https://ssd.jpl.nasa[...]
_[17] 웹사이트 NSSDC ID: 1972-012A https://nssdc.gsfc.n[...] 미국항공우주국 2011-06-14
_[18] 웹사이트 50 Years Ago: Pioneer 10 Launches to Explore Jupiter https://www.nasa.gov[...] 2022-12-10
_[19] 웹사이트 Spacecraft Escaping the Solar System http://www.heavens-a[...] 2010-04-10
_[20] 웹사이트 30年来の謎、パイオニア・アノマリーの原因がついに判明か https://www.astroart[...] 2017-04-19
_[21] 웹사이트 Support for the thermal origin of the Pioneer anomaly https://arxiv.org/ab[...] 2020-06-13
_[22] 웹사이트 Pioneer 10, 11 Quicklook - JPL Solar System Simulator - NASA https://space.jpl.na[...] NASA 2018-11-16
_[23] 서적 SP-349/396 PIONEER ODYSSEY https://history.nasa[...] NASA-Ames Research Center 2011-01-09
_[24] 잡지 This Month in History 2003-06-01
_[25] 웹인용 The final attempt to contact Pioneer 10 http://www.planetary[...] The Planetary Society 2011-06-07
_[26] 웹인용 Pioneer 10 Mission Information http://starbrite.jpl[...] 2011-01-23
_[27] 웹인용 Pioneer 10 Full Mission Timeline http://www.dmuller.n[...] Daniel Muller 2011-01-09
_[28] 웹인용 Spacecraft escaping the Solar System http://www.heavens-a[...] Heavens-Above 2012-09-09