뉴 허라이즌스

뉴 허라이즌스(:'새로운 지평선'이라는 뜻)는 명왕성 탐사의 임무를 수행할 뉴 프런티어 계획의 일환으로 NASA가 쏘아올린 무인 탐사선이다. 명왕성과 그의 위성 카론, 히드라, 닉스, 케르베로스, 스틱스로 가는 첫 번째 무인 탐사선이다.
2006년 1월 19일 미국 플로리다주 케이프커내버럴에서 성공적으로 발사되었으며, 2015년 7월 14일에 명왕성을 통과하였다. 뉴 허라이즌스는 명왕성과 486958 아로코트을 통과했다.
발사될 때의 탈출 속도가 초속 16.26 km로 지금까지 인간이 만들어낸 물체 중 가장 빠르게 지구를 탈출한 것으로 기록되었다.
배경.
이 탐사선은 NASA의 '뉴 프런티어 계획'의 첫 번째 임무이다. '디스커버리 계획'보다 규모가 크고 비용이 더 많이 들지만, '플래그십 계획'보다 작고 적게 든다. 이 탐사의 비용(탐사선, 기술 개발, 로켓, 탐사활동, 자료 분석, 교육/공공 봉사활동을 포함한 것이다.)은 15년(2001년 ~ 2016년)동안 최대 7억 달러 소요된다. 초기에 제안된 명왕성 탐사 미션은 '플루토 카이퍼 익스프레스'인데 예산 문제로 2000년, NASA가 취소했다.
탐사선이 주로 (남서부 연구소)와 존스 홉킨스 대학교 에서 제작되었다. 탐사의 주 책임자는 남서부 연구소의 앨런 스턴이다.
발사체로부터 분리 후 종합적인 통제는 응용 물리학 연구소 MOC(Mission Operations Center)에서 한다.
탐사선에 성조기와 인간 탐사를 기념하기 위해 디자인한 플로리다 25센트 동전, 다른 기념품, 434,738명의 이름이 들어 있는 CD, 최초 민간 우주선 스페이스십원의 기체 일부 조각이 들어있다. 그리고 발사 기념으로 명왕성을 처음으로 발견한 클라이드 톰보의 화장한 유골 일부가 들어있다.
원래 태양계에서 탐사하지 못한 행성에 가려고 했으나, 발사 후에 국제 천문 연맹이 새 행성 기준에 맞지 않는 명왕성을 왜소행성으로 강등시켰다. 을 포함하여 뉴 허라이즌스 팀의 일부 멤버는 국제 천문 연맹의 새 행성 기준에 동의하지 않았다. 여전히 명왕성을 태양계 9번째 행성이라고 말하고 있다.
명왕성의 위성 닉스와 히드라는 이 탐사선과 관련성이 있다. 뉴 허라이즌스(New Horizons)의 머리글자와 닉스(Nix)와 히드라(Hydra)의 머리글자가 같기 때문이다. 명왕성의 위성을 발견한 사람은 이러한 이유로 뉴 허라이즌스라는 이름을 선택했다. 게다가 신화적으로 닉스와 히드라는 관계가 있다.
탐사 라인.
발사.
발사는 원래 2006년 1월 11일에 계획되었었다. 그러나 애틀러스 로켓의 등유 저장소 검사를 위해서 처음에 2006년 1월 17일로 연기되었다. 강풍과 기술적 어려움, 낮은 구름에 따른 발사 사정거리의 한계 등으로 3번 연기된 후, 최종적으로 케이프커내버럴 공군 기지 발사대 41에서 이륙하였다.
센타우르 2단이 UTC 19시 30분에 재점화되었다. 성공적으로 탐사 궤도에 올려졌다. 발사된 후 9시간 만에 달의 궤도에 도달했다.
예비로 가장 빠르게 갈 발사 기회가 2006년 2월, 2007년 2월이어서 2번 밖에 없었다. 2006년에 첫 번째로 발사 가능한 일수가 23일이었다. 만약 다른 날에 발사하면 목성을 통과 하지 못해서 명왕성에 가는 기간이 2년 ~ 4년 정도 더 소요된다.
탈출 속도를 높이기 위해 록히드 마틴 애틀러스 V-551에 3단으로 B 5개를 부착하여 발사했다. 3단을 탑재해서 발사한 것은 551버전에서 처음으로 보통 3단을 탑재하지 않고 발사한다. 이전의 비행에서는 고체 로켓 부스터를 사용하지 않거나 2개, 3개를 사용했지만 5개의 사용은 최초이다. 이로써 이륙할 때 8.9MN가 넘는 추진력을 내었다.
목성 근접 통과.
2006년 9월 4일, LORRI로 목성의 첫 사진을 촬영했다. 목성에 대한 다양한 탐사는 2007년 1월에 시작되었고, 칼리스토의 적외선 사진과 목성의 흑백사진이 촬영되었다. 2007년 2월 28일 UTC 5시 43분 40초, 목성의 중력을 도움 받아서 230만 4537km에서 가장 가까이 근접했다. 이 때 순간속도는 초속 22.85 km이다. 목성계에 있는 동안 초속 21 km ~ 23 km 속도로 운행했다. 뉴 허라이즌스의 속도를 약 초속 4 km 증가시켰다. 이로 인해 명왕성으로 가는 시간이 약 3년 단축되었다. 2009년 12월, 초속 16km로 느려졌다. 1990년에 발사된 율리시스 이후로 목성으로 바로 가는 첫 번째 탐사선이다.
목성 탐사의 주요 목표중 하나는 대기 상태를 관찰하는 것과 구조와 구름의 성분을 분석하는 것이다. 열이 극지역에 번개가 치는 것을 유발된다.
명왕성 근접.
LORRI를 시험하는 동안에 첫 사진이 2006년 9월 21일 ~ 24일 동안 만들어졌다. 이 사진은 11월 28일에 공개되었다. 명왕성에서 약 42억km 거리에서 촬영하였으며, 탐사선은 2015년 7월 14일에 명왕성에 13000km까지 근접했다. 명왕성 탐사는 LORRI와 Ralph를 작동하면서 2015년 1월 4일에 시작했다.
태양권.
계속 작동된다면 보이저 호처럼 태양권 외곽을 탐사할 계획이다. 태양권덮개와 태양권 계면을 지도로 제작할 가능성이 있다. 태양권계면은 2047년에 도착할 예정이다.
어떤 물체보다도 지구를 빠르게 탈출했지만 절대로 보이저 1호나 보이저 2호를 앞지를 수 없다. 보이저 1호는 토성과 타이탄을 근접 통과해서 추가적인 중력의 도움을 얻었다. 뉴 허라이즌스가 100AU에 있을 때 초속 13km로 운행한다. 보이저 1호가 100AU에 있을 때에는 초속 17km로 운행하였다.
기기 하부조직.
전원.
방사성동위원소 열전기 발전기를 이용한다. 발사 때 RTG는 직류 30V 약 250W 출력을 낸다. 그리고 매 4년 마다 5% 감소된다고 예상된다. 2015년에 명왕성을 통과할 때에는 200W 출력을 낸다고 예상된다. 플루토늄-238 산화물 펠렛이 장착되어있다. 펠렛의 무게는 11kg이다. 미국 에너지부에서 개발되었다.
통신과 데이터 관리.
X 밴드 (8.0 GHz ~ 12.0 GHz)를 이용하여 지구와 교신한다. 통신 속도는 명왕성 거리에서 거의 초속 1 킬로비트 속도로 예상된다. 목성에서는 초속 38 킬로비트 속도다. 게다가 낮은 대역폭 때문에 명왕성 거리에서 시간이 4.5시간 정도 소요된다. 70m 심우주 통신망을 이용하여 데이터를 받는다. 탐사할 때에는 관측 장비들이 탐사선 안테나 쪽을 향하고 있어 명왕성을 탐사 할 때에는 통신이 두절되기 때문에 미리 명령어를 입력해 놓는다.
탐사 비용을 줄이기 위해서 목성과 명왕성 사이에 있을 때 절전모드로 들어간다. 1년 마다 50일 동안 장비 점검, 궤도 추적을 위해 깨어난다. 탐사선의 작동유무는 주당 한 번씩 전송한다.
낮은 전력에도 작동하는 8GB 플래시 메모리(하나는 기본, 다른 하나는 예비)가 탑재되었다.
컴퓨터.
탐사선에 2개의 컴퓨터 시스템이 탑재되어 있다. 하나는 "명령과 데이터 처리 시스템"(Command and Data Handling system)이고, 또 하나는 "유도와 프로세서 통제 시스템"(Guidance and Control processor system)이다. 고장에 대비하기 위해 여분의 컴퓨터 2개를 포함해 총 4개의 컴퓨터로 시스템이 구성된다. 사용된 프로세서는 이고, 12 MHz 32비트 CPU이다. Mongoose-V는 MIPS CPU를 우주로부터 날아오는 방사선에 견디게, 클럭을 10~15MHz로 개조한 것이다.
2007년 3월 19일, 명령과 데이터 처리 시스템에서 정정 불가능한 오류를 겪었고 스스로 재부팅했다. 그리고 안전모드로 들어갔다. 완전히 복구하는데 2일이 걸렸다. 이 때 손실된 자료는 목성의 자기꼬리다. 그 다음 탐사에 영향이 없다고 예상된다.