스페이스 클럽 베가 C, 지구 자기권 연구를 위해 SMILE을 발사하다

[발사통제동]

유럽우주국(ESA)의 최신 과학 임무인 태양풍 자기권 이온층 링크 탐사기(SMILE)는 화요일 아침 프랑스령 기아나에서 4단 베가 C 로켓으로 발사되었습니다. ESA, 중국과학원(CAS), 그리고 여러 학술 및 상업 기관이 협력하여 지구 자기권과 강력한 태양풍에 대한 반응을 처음으로 전지구 연성 X선 이미지를 포착할 예정입니다.

베가 C는 5월 19일 화요일 03:52 UTC, 프랑스령 가이아나 쿠루에 위치한 기아나 우주센터에서 앙상블 드 랜스망 베가(ELV)로부터 북쪽 방향으로 고경사 73도 궤도로 성공적으로 발사되었습니다. 베가 C의 제조사 아비오는 VV29 차량을 탑재체와 통합한 후 부품 생산 라인에서 기술적 문제로 인해 4월 9일부터 발사를 연기했다.

이번 발사는 Avio가 제공한 베가 C의 첫 발사로, 이전에 이 발사체를 운영하던 Arianespace를 대체했다. 마드리드의 에어버스가 페이로드 모듈을 개발했고, CAS는 우주선의 동력, 자세 제어, 추진 모듈을 납품했습니다.

로켓의 1단은 단일 P120C 고체 연료 모터로 최대 추력은 4,323 kN이다. 단일 부품 고체 연료 로켓 모터는 지금까지 개발된 것 중 가장 크고 강력한 엔진으로, 이 타이틀은 원래 베가 차량에 사용된 P80FW 엔진이 보유했습니다. 아리안스페이스의 아리안 6 차량도 P120C를 2개 부스터 또는 4개 부스터 구성으로 스트랩온 부스터로 사용합니다.

베가 C의 2단과 3단은 각각 Avio가 개발한 제피로 40과 제피로 9 고체 로켓 모터를 사용합니다. 두 모터 모두 분말 알루미늄, 과염소산암모늄, 하이드록실 말단 폴리부타디엔을 추진제로 사용합니다.

태도 버니어 상단 모듈(AVUM)은 로켓의 4단 역할을 하며 유일한 액체 추진 단입니다. Avio에서 개발한 상단 단계는 여러 차례 재점화가 가능하며, 탑재물을 정밀 궤도에 배치하고 롤 및 자세 제어를 수행하도록 설계되었습니다. RD-843 로켓 엔진으로 구동되며, 이 단계는 비대칭 디메틸하이드라진 연료와 사산화이질소 산화제를 추진제로 사용합니다.

베가 C는 SMILE을 700km 고도의 원형 저지구 궤도에 배치한 후, 우주선의 추진 모듈이 11번의 엔진 연소를 통해 과학 궤도로 진입할 예정입니다. SMILE 우주선은 490 N 엔진 1개와 1580kg의 추진제를 탑재하고 있습니다. SMILE은 2개의 전개 가능한 태양 전지판과 자세 제어를 위한 12개의 추진기를 갖추고 있습니다.

지구가 강력한 우주 기상에 맞서는 유일한 방어는 자기권으로, 지구의 자기장선이 지배하는 보이지 않는 공간 영역입니다. 태양은 끊임없이 엄청난 양의 방사선을 방출하며, 이 복사는 종종 태양풍이 되어 지구 자기권과 상호작용합니다.

SMILE은 베가 C 페어링에 캡슐화되어 탑재체 통합을 위해 발사 현장으로 이동합니다. (출처: ESA)

2,300kg급 우주선인 SMILE은 네 개의 과학 장비를 사용하여 지구가 태양풍에 어떻게 반응하는지에 초점을 맞출 예정입니다. 이 우주선은 세 가지 근본적인 질문에 답하는 것을 목표로 합니다. 먼저, 태양풍이 지구의 자기 방패와 만나는 곳에서는 어떤 일이 일어날까요? 둘째, 지구의 어두운 면에서 자기 '글리치'가 발생하는 원인은 무엇인가요? 마지막으로, 가장 위험한 자기폭풍을 더 일찍 예측하려면 어떻게 해야 할까요?

SMILE은 지구 자기장을 상세하고 장시간 X선 관측하고, 지구 자기권과 상호작용하는 하전 입자가 만들어내는 북극광을 45시간 동안 촬영하는 최초의 차량이 될 것입니다. 지구의 자기권을 궤도당 45시간 관측하려면 매우 타원형의 궤도가 필요합니다. SMILE은 북극점 상공 121,000km 지점, 즉 달까지 가는 거리의 3분의 1에 도달할 예정입니다. 우주선이 남극점 위 5,000km 근지점에 도달하면, 과학 데이터를 오히긴스 남극 지상기지로 전송합니다.

우주선에 탑재된 가장 큰 장비는 레스터 대학교가 영국 우주국(UKSA) 및 ESA와 협력하여 개발한 소프트 X선 이미저(SXI)입니다. SXI는 태양풍 내 중이온이 지구 외기권의 중성 입자와 충돌할 때 생성되는 X선을 탐지할 예정이며, 이를 태양풍 전하 교환(SWCX)이라고 합니다. 이 결과는 지구 자기권의 첫 전 지구 X선 이미지를 제공할 것입니다. 광시야 바닷가재 눈 망원경은 미세공극 광학(MPO)을 활용해 태양풍과의 상호작용으로 인해 끊임없이 변화하는 지구의 자기권 선수 충격파, 극지 경계선, 자기권 위상의 위치, 형태, 운동을 스펙트럼 지도화합니다.

SSMILE용 SXI 기기 통합 전 작업 중인 기술자들. (출처: 스페이스 파크 레스터)

"태양풍과 자기권의 상호작용에 대한 전 지구적 모델은 방출이 어디서 발생해야 하는지 알려준다"고 SXI의 수석 연구원 스티븐 셈베이 박사는 NSF와의 인터뷰에서 설명했다. "태양풍이 자기권에 들어갈 수 없기 때문에, 우리는 자기권면이 자기권면 밖의 강한 방출과 내부의 약한 방출 사이의 뚜렷한 경계선으로 나타날 것으로 예상합니다."

참고

• SMILE 업데이트
• ESA 포럼
• NSF 상점
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"우리는 방출이 얼마나 강할지, 자기권면이 태양풍 압력 변화나 행성간 자기장의 강도와 방향에 따라 언제 얼마나 빠르게 이동할지 알게 되어 매우 기대됩니다. 또한 SMILE의 다른 기기 팀들과 협력하여 동적 자기권의 전 지구적 관점을 구축하고 우리 주변 환경의 우주 날씨에 대한 이해를 높이는 데 매우 기대하고 있습니다."

이 망원경은 지금까지 우주로 비행된 두 개의 가장 큰 X선 민감 전하결합 장치(CCD)를 갖추고 있습니다. 이 CCD들은 소음을 최소화하기 위해 -120도 섭씨의 온도를 유지해야 하며, 밴 앨런 방사선 벨트를 통과하는 동안 보호하는 방사선 셔터 도어가 장착되어 있습니다.

"사용 가능한 전력의 자원 제약으로 인해 우리는 검출기 평면을 우주선의 나머지 열흐름으로부터 열적으로 격리하는 수동 냉각 시스템과 [CCD에 맞은] 구조 설계를 설계해야 했습니다,"라고 셈베이 박사는 설명했습니다. "망원경의 비교적 큰 구경과 넓은 시야를 달성하기 위해 필요한 미세 구멍 광학 배열 때문에, 현대 천체물리학 X선 망원경처럼 훨씬 좁은 시야를 가진 것처럼 검출기를 수동적으로 방사선 손상으로부터 보호하는 것은 불가능합니다."

https://youtu.be/cLnV9Ae8aGY?si=ZRoHZlSQxe3iv76Y

"방사선 피해 완화는 우주선이 지구의 방사선대를 통과할 때 CCD를 보호하는 기계식 셔터의 형태로, 그리고 CCD 자체의 설계 내에서 이루어집니다."

SMILE의 또 다른 핵심 장비는 중국 국가우주과학센터가 ESA의 기여를 받아 개발한 자외선 이미저(UVI)입니다. UVI는 자외선 카메라를 사용해 지구 북쪽 자기극을 둘러싼 빛나는 오로라 타원을 포착할 것입니다. 지자기 폭풍 — 태양에서 방출된 코로나 질량 방출이 지구에 도달할 때 촉발되는 – 자외선은 계속해서 북극광을 관측합니다. 이전 우주선들은 오로라를 한 번에 약 15시간 정도만 관측할 수 있었습니다. 이 확장된 보도는 과학자들에게 지자기 폭풍이 오로라 디스플레이를 어떻게 구동하고 형성하는지 훨씬 명확하게 이해할 수 있게 해줄 것입니다.

원격 탐사 기기를 보완하는 것은 CAS에서 개발한 현장 광이온 분석기(LIA)입니다. LIA는 SMILE 우주선 인근에서 태양풍, 자기권, 자기권 이온의 특성과 거동을 규명할 것입니다. 이 장비는 SMILE 우주선에 부착된 쌍머리 정전기 분석기입니다.

SMILE의 과학 장비의 마지막 장비는 중국 국가우주과학센터와 오스트리아 과학 아카데미 우주연구소가 공동으로 개발한 자기계력계(MAG)입니다. 3미터 전개형 붐에 장착된 두 개의 삼축 플럭스게이트 센서가 태양풍의 세기와 방향을 측정하고 충격과 불연속 요소를 감지합니다. 센서가 80cm 간격으로 배치된 그라디얼미터로 작동함으로써, MAG는 우주선의 자기장을 정확히 감량하여 탑재된 원격 탐사 장비를 보완하는 현장 데이터를 제공합니다.

SMILE과 그 과학 기기들의 도면. (출처: ESA)

SMILE은 ESA와 중국이 공동 선정, 설계, 실행한 최초의 글로벌 과학 협력 사례로, 초기 제안부터 발사 작전까지 우주 과학 임무를 선정, 설계, 실행한 첫 사례입니다. 오히긴스 남극 지상기지에서 다운링크된 데이터는 오픈 사이언스 네트워크를 통해 전 세계적으로 처리되고 공유됩니다.

"SXI 하드웨어와 비행 소프트웨어는 영국의 세 기관과 오스트리아, 노르웨이, 스페인, 스위스의 기관들, 그리고 유럽우주국(ESA)의 추가 직접적인 기여가 이루어졌습니다. 이 프로젝트는 레스터 대학교가 영국 우주국의 지원을 받아 주요 연구자 기관으로 관리했으며, 업계 표준 프로젝트 관리 및 시스템 공학 접근법을 활용하고 우주 비행 프로젝트에 대한 우리의 풍부한 유산을 활용했습니다."라고 셈베이 박사는 설명했습니다.

우주 기상은 전력망과 위성에 영향을 미칠 뿐만 아니라 국제우주정거장에 탑승하는 우주비행사들과 향후 달과 화성 탐사 임무에 위험이 있습니다. SMILE은 태양풍이 지구 자기권에 미치는 영향과 그것이 우리를 어떻게 보호하는지에 대한 보다 포괄적인 이해를 개발하는 데 도움을 줄 것입니다. 위험한 우주 기상에 대한 더 깊은 이해는 이러한 강한 폭풍이 언제 어디서 발생할지 예측하고 지상 기반 인프라에 대한 잠재적 피해를 평가하는 능력을 향상시킬 수 있습니다. SMILE은 3년간 운영될 것으로 예상되며, 지금까지 과학자들에게 가장 정확하고 상세한 자기권 데이터를 제공할 것입니다.

"우리는 우주를 탐험할 때 종종 놀라게 됩니다; 그 불확실성 때문에 결국 우리가 이 기기들을 만드는 이유입니다,"라고 셈베이 박사는 말했습니다.

(주요 이미지: 프랑스령 가이아나에서 발사된 베가 C와 스마일. 출처: ESA)

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