[1월 12일] 2005년 : 딥 임팩트 우주선이 혜성 템펠을 향해 발사되다

딥 임팩트 우주선이 혜성 템펠을 향해 발사되다

 Deep Impact Spacecraft Launches to a Comet

딥 임팩트

딥 임팩트가 충돌형 탐사선을 분리한 후의 상상도

https://en.wikipedia.org/wiki/Deep_Impact_(spacecraft)

# 딥 임팩트는 케이 커내버럴 공군기지에서 2005년 1월 12일 18시 47분 (UTC)에 발사된  NASA의 우주탐사선

# 재미있게도 1998년 개봉된 영화 Deep Impact와 동명.

# 임팩트의 임무는 혜성 템펠 1 (9P/템펠)의 내구 구성을 연구하기 위해 충돌기를 혜성에 낙하시키는 것.

과학적 목표

  # 딥 임팩트는 혜성의 핵에 충돌기를 충돌시켜 물질을 분출시킴으로서 혜성의 핵의 물질을 조사하고, 핵 형성에 대한 궁금증을 풀려고 설계됨

 # 천문학자들은 혜성의 내부와 외부 구조의 차이를 비교함으로써, 형성 과정에 대한 이론을 하나로 모을 것이라고 기대함

 # 책임자 : 메릴랜드 대학교의 마이클 아헌 (코넬 대학교, 메릴랜드 대학교, 애리조나 대학교, 브라운 대학교, 벨턴 우주탐사 계획, 제트추진연구소, 하와이 대학교, 과학응용 국제 협회, 볼 에어로스페이스와 막스플랑크 천체물리학 연구소로 이루어진 과학 연구팀을 주도함

 

우주선 설계와 실험장비 

 

우주선의 개략도.

플라이바이 우주선의 카메라, 오른쪽 HRI(코로나 영상기), 왼쪽MRI(중간해상도영상기)

발사 및 시운전 단계

# 탐사선은 발사 후 태양 궤도로 진입함과 동시에 태양 전지판을 성공적으로 펼쳤지만, 스스로 안전 모드로 들어감. 오류의 원인은 단순히 RCS 자세 조정기의 촉매 베드에서 온도 제한이 잘못돼 있던 것으로 드러남

# 3단 로켓 분리 후, 탐사선의 로켓 엔진은 탐사선이 회전하는 것을 멈추기 위해 사용됨

# 1월 13일, 미국 항공우주국은 딥 임팩트가 안전 모드에서 벗어나 정상적인 상태가 되었다고 발표

# 2월 11일, 계획대로 탐사선의 궤도를 바꾸기 위해 탐사선의 로켓이 점화됨. 이 궤도 전환은 3월 31일에 예정되어 있던 2차 궤도 전환이 불필요해져 취소되어 버릴 정도로 정확 했음

#  "시운전 단계"에서는 탐사선의 모든 장비가 제대로 작동하는지 확인함

# 이 시험 기간 동안 베이크아웃을 실시한 후 HRI 카메라의 초점이 맞지 않는 것을 발견함

# 이 문제를 조사하여 6월 9일에 밝혀진 바로는, 화상 처리 소프트웨어와 디콘볼루션 함수를 이용하면 HRI 카메라의 사진이 원하는 화질까지 보정될 수 있었음

 2005년 1월 12일부터 2013년 8월 8일까지의 궤적

    Deep Impact   ·       Tempel 1   ·       Earth   ·       103P/Hartley

순항단계

# 순항 단계는 3월 25일, 시운전 단계가 끝난 직후 시작되어 템펠 1 혜성 접근 60일 전까지 계속됨

# 4월 25일, 딥 임팩트는 템펠 1으로부터 6천 4백만 킬로미터의 거리에서 첫 번째 사진을 찍음

# 5월 4일 탐사선은 궤도를 바꾸기 위해 두 번째로 엔진을 점화. 95초 동안 엔진이 불을 내뿜었고, 탐사선의 속도는 18.2 km/h만큼 바뀜

# NASA 제트 추진 연구소의 프로젝트 매니저인 릭 그리머는 이 점화에 대해 "우주선의 성능이 너무 우수했고, 점화는 예정과 다른 점 하나 없이 정확하게 이루어졌다."라고 말함

 4월 25일 딥 임팩트에 의해 찍힌 템펠 1 혜성.

접근단계

# 접근 단계는 충돌 60일 전부터 5일 전까지 단계

# 충돌 60일 전은 딥 임팩트가 MRI 카메라로 템펠 1을 감지하리라고 예상된 가장 이른 시간임

# 시실, 딥 임팩트는 69일 전(순항 단계에 있을 때) 이미 템펠 1을 감지함

# 접근단계는 혜성의 궤도에 대한 정보를 수정하고 혜성의 자전, 활동, 먼지의 양을 조사하는 집중 관측의 시작점이기 때문에 매우 중요함

# 6월 14일과 6월 22일, 딥 임팩트는 혜성 표면에서의 폭발을 관측했고, 이후(22일)의 폭발은 약 6배 정도 컸음

# 탐사선은 자신의 위치와 궤도를 결정하기 위해 먼 별을 관측함

# JPL의 돈 요먼스는 임무에 대한 조사 결과를 "지구에 신호가 닿는 데는 7½분 정도 소요됩니다. 그래서 이 일을 조이스틱을 가지고는 할 수 없습니다. 근접 비행선처럼 충돌기도 똑똑하다는 사실에 의존해야 합니다. 그래서 사전에 정보를 모아서 정보 모음집을 구축한 다음 그 일을 시작해야 합니다."라고 이야기 함

# 6월 23일, 두 번의 최종 궤도 수정 절차 중 첫 번째 절차가 성공적으로 수행됨

# 6 m/s의 속도 변화가 이루어졌고, 근접 비행선이 혜성의 표면으로부터 100km 위를 통과하도록 궤도가 바뀜

2005년 5월 30일, 충돌 35일 전

6월 15일, 충돌 19일 전

6월 21일, 총돌 13일 전

6월 27일, 충돌 7일 전임과 동시에 접근 단계의 거의 끝

충돌단계

# 충돌 단계는 6월 29일, 충돌 5일 전 시작됨

 # 충돌기는 7월 3일 오전 6시(지상에서 협정 세계시로 6:07)에 성공적으로 분리되어 첫번째 사진은 분리 2시간 후 촬영됨

 # 근접 비행선은 혜성과의 충돌을 방지하기 위해 궤도를 바꾸고 14분 동안 엔진이 작동했고 우주선의 속도를 낮춤

 #  또한, 예상대로 충돌기와 근접 비행선 간에 통신이 되었음이 보고됨

 # 충돌기는 템펠 1에 충돌하기 위해 "식물을 심듯이 심어지도록" 하는 자세를 취하고 있었음

 # 충돌은 협정 세계시 7월 4일 5시 45분(지상의 시간으로 5시 52분이었고, 오차는 약 3분 정도로 계산되었으며, 통신 지연 시간은 7분 26초)에 이루어졌고, 이 시간은 사전에 계산했던 값과 1초 이하의 차이를 보임

 # 충돌기는 충돌하기 전 약 3초 전에 사진을 보내 왔는데 HRI, MRI 및 ITS 카메라에서 찍힌 약 4500개의 사진들은 임시로 근접 비행선에 저장되었다가 전파를 이용해 지구로 보내짐

 # 충돌 에너지는 다이너마이트 5톤이 터진 것과 비슷한 크기이고 혜성은 예상보다 6배 밝게 빛남

 # 

https://www.nasa.gov/mission_pages/deepimpact/timeline/index.html#backtoTop

충돌 단계에서 촬영한, 420만 킬로미터 거리에서 찍은 템펠 1 혜성

근접 비행선에서 분리된 직후의 충돌기

충돌기에서의 사진

충돌기에서의, 충돌 몇 초 전의 확대 사진

NASA TV에서 나타난 충돌 순간

충돌 당시의 HRI 영상

충돌 당시의 HRIV 영상

충돌 당시 충돌기의 ITS 영상

결과

# 임무 관제소에서는 동부 표준시 1시 57분(한국 표준시 23시 57분) 이후 5분 후까지 성공적으로 충돌했다는 신호가 잡히지 않았음

# 돈 요먼스는 기자들에게 "우리는 단지 우리가 원했던 것을 정확히 명중시켰습니다"라고 말했음

# 제트 추진 연구소의 이사 찰스 엘라치는 "우리의 기대보다 더 큰 성공입니다."라고 말했음

# 2005년 7월 4일 협정 세계시 08시 00분에 있었던 이후 여파 브리핑에서, 1차 처리된 사진은 원래 있던 충돌구가 찍혔다는 것을 보였음

# 루시 맥파돈 "  "우리는 첫 번째 임무인 '밝은 먼지 구름'은 관찰했지만, 두 번째 임무인 '충돌구'를 보는 것은 기대하지 않았습니다. 그러나 그것 또한 예기치 못한 발견을 하는 과학의 재미 중 하나죠."

# 스위프트 감마선 망원경의 관측 자료를 분석한 결과, 충돌 이후 13일 동안 혜성에서 계속 먼지 구름이 뿜어져 나옴을 확인했음

#  물 5백만 킬로그램과[40] 10만~25만 킬로그램의 먼지가 충돌 시 우주로 사라졌음

# 혜성 구조가 배제 물질의 느슨한 조합으로 이루어졌다는 이론만이 이 결과와 만족스럽게 일치했고 물질들은 예상보다 더 미세했는데, 과학자들은 혜성의 구성물을 모래보다는 활석 가루와 비슷하다고 비교함

# 또한 충돌의 여파를 분광기로 측정하면서 점토, 탄산염, 나트륨과 결정형 규산염이 발견됨

# 이 관측은 혜성 내부는 75%가 빈 공간이고, 눈 같은 것으로 혜성의 표면이 덮여 있다는 것을 보여줌

# 천문학자들은 혜성들이 천왕성, 해왕성, 또는 오르트 구름 지역에서부터 날아온다는 가설을 세웠음

# 태양에서 멀리 떨어진 혜성은 얼음과 에테인이 템펠 1에서보다 더 많이 있으리라고 추측되었고 천문학자들은 템펠 1의 공전궤도 주변의 혜성은 템펠 1과 조성이 비슷할 것이라고 생각했음

충돌구

# 딥 임팩트에서 찍힌 충돌구의 사진이 그리 만족스럽지 않았기 때문에, 미국 항공우주국은 2007년 7월 3일, "템펠 1을 향하는 새로운 탐사 계획"(NExT, New Exploration of Tempel 1)에 대한 예산을 전격 승인했음

# 이는 이미 기존에 빌트 2 혜성을 탐사했던 스타더스트 탐사선을 이용해 탐사를 하는 것

# 스타더스트는 2011년 2월 15일 협정 세계시 4시 42분에 템펠 1 혜성에서 약 200 km 떨어진 곳을 지나도록 궤도를 바꾸었음

# 같은 혜성을 두 번 방문하는 것은 이번이 처음이었고,딥 임팩트의 충돌구를 자세히 관찰하는 것뿐만 아니라 혜성이 태양에 가까워지면서 일어나는 변화를 관찰할 수 있는 좋은 기회였음

# 2월 15일, 미국 항공우주국의 과학자들은 스타더스트의 사진으로부터 딥 임팩트가 만든 충돌구를 식별함

 - 충돌구의 지름은 150m이며, 충돌부 주위에는 밝은 색의 흙더미가 있는데 이는 충돌 시 분출되었던 물질이 다시 떨어지며 쌓인 것임

"충돌 전후". 왼쪽이 딥 임팩트에 의해 찍힌 사진이고 

오른쪽이 스타더스트에 의해 찍힌 사진. 충돌구의 모습이 보임

충돌구