유클리드 우주 망원경
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1. 개요[편집]
유럽 우주국(ESA)이 개발한 L2 라그랑주점 임무용 우주 망원경이다. 2023년 7월 1일 오전 11시 12분 (미국 EST), 미국 플로리다주 케이프 커내버럴 우주군 기지에서 스페이스X 팰컨9 로켓으로 발사됐다. 2023년 7월 말 라그랑주점L2에 당도 후, 동월 31일 첫 시운전 관측 이미지를 지구로 보내면서 우주탐사 활동을 개시하였다.
2. 추진 역사[편집]
유클리드의 역사적 배경은 2007년 3월로 거슬러 올라간다. 당시 'ESA 우주 비전 2015-2025(ESA Cosmic Vision 2015-2025)' 제안 공모에 대해 암흑 우주 탐사선(Dune) 및 분광 우주 탐사선(Space) 두 개의 임무가 선정되었다.
ESA는 두 탐사 목적과 기술을 상호 보완하고 추진 기간, 개발 비용도 최적화하는 암흑에너지 탐사라는 단일 임무로 2011년 10월 통합한 게 유클리드다. 2012년 6월 ESA가 통합안을 정식으로 채택했다. 이듬해 미국 NASA가 20가지 광학 기술 제공에 관한 공동 참여에 서명했다.
2015년 ESA의 유클리드 탐사선 초도 설계를 거쳐 2018년 말 세부 설계가 완료되어 본격적으로 탐사선 개발에 착수했다. 2020년 중반 핵심 광학장치 탑재가 시작되었고, 2022년 말 본체 조립을 끝내고 열진공챔버 시험이 종료되었다.
당초 2022년 9월 프랑스령 기아나의 기아나 우주센터에서 러시아 소유즈 로켓으로 발사될 예정이었다. 하지만 코로나19 사태와 우크라이나 침공으로 일정의 지연과 운송 수단의 변경을 거쳐, 2023년 7월 1일 스페이스X 팰컨9을 타고 성공적으로 발사되었다.
3. 주요 특징[편집]
유클리드 우주 망원경은 ESA가 설계와 제작을 맡고 전 세계 21개 국가[2]가 참여하는 유클리드 컨소시엄(EC)[3]이 10여 년에 걸쳐 약 2조원(14억 유로)과 2,500명의 전문가를 투입하는 우주 관측 프로젝트의 일환으로 개발되었다. 2013년 발사된 가이아 우주 망원경(GAIA)에 이어 ESA가 라그랑주점 L2 지점에 투입하는 두 번째 우주 망원경이다.
유클리드의 목적은 중력렌즈 효과를 이용하여 암흑물질과 암흑에너지를 찾아 우주 시공간의 비밀을 밝히는 데 있다.[4] 이에, 전체 우주의 1/3을 이미징 할 수 있는 대형 가시광선 관측 장비를 이용해 거대한 3차원 우주 지도를 만들 예정이다.[5][6] 동 우주 망원경 내부에는 대형 곡면거울과 평면거울이 각각 3개씩 달려 있어 고품질의 넓은 시야각을 가진다.
NASA가 2021년 투입한 적외선 전용의 제임스 웹 우주 망원경(JWST)과 달리 유클리드는 가시광선 관측기(VIS, VISible Imager)와 근적외선 분광계·광도계(NISP, Near Infrared Spectrometer & Photometer)를 탑재했다. 유클리드는 같은 가시광선 및 근적외선 장비를 탑재한 허블 우주 망원경에 비해 약 200배 넓게 볼 수가 있고, 최대 100억 광년 거리의 15억 개 은하를 관측할 수 있다. 따라서, 우리 은하의 원반과 태양계 원반을 벗어난 각도로 바라보며 가장 어둡고 먼 배경의 3D 우주 지도를 그리게 된다.
유클리드의 큰 특징은 우주의 암흑물질, 암흑에너지 존재와 우주의 팽창 상황을 긴밀히 연구하고자 같은 라그랑주점 L2에 있는 JWST, 칠레/호주/남아공[7]에 설치 중인 신형 지상 망원경, 낸시 그레이스 로먼 우주망원경[8]과 같은 후발의 ESA/NASA 우주 망원경과 협업이 가능한 점이다. ESA가 설계한 유클리드의 임무 기간은 6년인 가운데, 냉가스 추력기용 액체 질소는 최소 7년은 넘게 쓸 용량인 70kg가 실려 있다.[9]
3.1. 제원[편집]
3.2. 장비[편집]
- 주경: 코르슈(Korsch)형 거울 (구경 1.2m, 초점 거리 24.5m)
- VIS: 36 CCDs - 4k 픽셀, 6x6 그리드 당
- NISP: 16 HgCdTe (Mercury Cadmium Telluride) - 2k 픽셀, 4x4 그리드 당
- 기타: 정밀지향센서(FGS), 보온통제시스템(TCS), 태양열차폐패널, 궤도변경용추력기, 자세조정용추력기 등
3.3. 우주선 구성[편집]
망원경 버스에는 전력을 공급하고 망원경의 방향 과 지시를 35 밀리아크초 (170nrad) 이상으로 안정화하는 태양 전지판이 포함되어 있습니다.
망원경은 광학 정렬을 방해하지 않도록 우수한 열 안정성을 보장하기 위해 조심스럽게 절연되어 있습니다.
통신 시스템은 하루에 850 기가비트를 전송할 수 있습니다.
망원경이 수평선 위에 있을 때 Ka 밴드 와 CCSDS 파일 전달 프로토콜을 사용하여 하루 4시간의 할당된 기간 동안 초당 55메가비트의 속도로 과학 데이터를 스페인의 35m 접시 Cebreros 지상국 으로 보냅니다.
Euclid의 온보드 저장 용량은 최소 300GB 입니다 .
서비스 모듈(SVM)은 대부분의 우주선 하위 시스템을 호스팅 합니다.
- TT&C - Telemetry and Telecommand
- AOCS - Attitude Orbit Control System
- CDMS - Central Data Management System
- EPS - Electrical Power System
- RCS - Reaction Control System
- MPS - Micro-Propulsion System
이러한 정확도에서 망원경 어셈블리를 광학적 정렬 불량으로부터 보호하려면 높은 열 안정성이 필요합니다.
4. 진행 상황[편집]
- 2023년 7월 1일 발사된 이후 4주 간의 우주 항행을 거쳐 지구에서 약 150만km 떨어진 라그랑주점 L2지점에 도달할 예정이다. 2023년 9월부터 최장 3개월 동안 시범 운전이 진행된다.
- 유클리드가 시운전 기간 중 보낼 첫 이미지는 2023년 10월 공개될 예정이며, 2024년 초부터 본격화될 관측 활동에 따른 주요 관측 자료 공개는 2025년부터 2~3년 간격으로 이뤄진다.
4.1. 발사[편집]
2023년 7월 1일 케이프 커내버럴 우주군 기지에 있는 SLC-40에서 스페이스X 팰컨 9(B1080.2)로 발사될 예정이다.
금번 팰컨9 로켓에 유클리드만 단독 탑재한 스페이스X 243번째(2023년 44번째) 미션의 발사 전 10초 카운트다운은 영상 39:22에 시작된다. 유클리드 이륙 후 2분 40초쯤 지상 65km에서 팰컨9 로켓 1단과 2단이 성공적으로 분리되었고(영상 42:16), 분리된 1단 로켓은 플로리다에서 약 700km 떨어진 대서양 해상의 전용 바지선에 안착하여 무사히 회수되었다(영상 48:00).
이어, 팰컨9 로켓 발사 후 3분 39초경 2단부에서 페어링이 분리되었으며(영상 43:10)[12], 2단 엔진의 복수에 걸친 연소 중단과 재점화에 의한 궤도의 세부 조정을 거쳐 41분 5초경 약 5,640km 상공에서 팰컨9 로켓 2단부 위성 탑재 어댑터로부터 유클리드가 사출되었다(영상 1:20:40). 자유항행 시작 속도는 약 7.6km/s였다.
4.1.1. 카운트다운[편집]
4.1.2. 발사 절차[편집]
4.2. 항행[편집]
- 2023년 7월 1일 17:57(독일 시간, 15:57 UTC), 유클리드 이륙 약 45분 10초 후 독일 다름슈타트 소재 ESA 운영센터(ESOC)가 유클리드에서 발신된 라그랑주점으로 가는 정상 항행의 위치 신호(AOS)를 확인하였다(상기 영상 1:24:45).[13]
- 7월 3일, 서비스 모듈에 있는 4개의 리액션 휠을 돌려 행선지를 향한 본체의 기동 전환 후 4일부터 12일까지 광학 장비의 제빙, K밴드 안테나의 전개, NISP 및 VIS 가동을 거쳐 냉가스 추력기에 의한 정밀지향 자세교정 시험이 진행됐다.
- 7월 22일, 지상에서 발사 3주 후 지구로부터 약 90만km 떨어진 우주 공간을 지나 목적지 여정의 60%을 넘었으며 계획대로 라그랑주점 L2의 임무 궤도를 향해 순항 중이다.
- 7월 28일, 발사 4주 만에 147만km의 목적지 여정을 끝내고 임무 궤도인 라그랑주점 L2 헤일로 궤도로 접어들었다. 앞선 항행 중 모든 장치에 전원이 투입되었고, 19일부터 진행된 관측 장비의 정렬도 완료된 상태이다.[15]
5. 관측 상황[편집]
5.1. 2023년[편집]
5.1.1. 시범운영 단계[편집]
- 2023년 7월 31일, ESA는 예상보다 상당히 일찍 VIS와 NISP가 초기 시운전(early commissioning)을 통해 우주를 찍은 최초의 테스트 이미지를 공개했다. 상단은 VIS가 가시광선(550~900nm)으로 여러 은하계와 수 많은 성단을 566초 동안 노출한 원판 사진과 확대 사진이며[17], 하단은 NISP가 적외선(900~2000nm) Y-필터를 사용해 100초 간 빛을 수집하여 얻은 원판 및 확대판이다.[18] ESA측은 첫 시범용 관측임에도 유클리드 내 VIS/NISP 광학계 성능에 대단히 만족한다고 밝혔다. ESA는 금번에 얻은 초기 이미지를 토대로 8주간 FGS 소프트웨어 보강을 포함한 잔여 시운전 작업을 거쳐 관측기 성능의 통합 검사를 진행한 후, 보다 확장된 관측 임무를 행할 예정이다.
- 10월 5일, ESA는 시범운용 단계를 마친다고 발표했다. ESA/EC는 8월부터 약 2개월 동안 유클리드 FGS 소프트웨어 업데이트를 통해 비정상적인 안내별(guide star) 유실 현상을 해결하였고, 앞선 시운전 때 발견된 태양 빛에 노출되는 영향에서 벗어나게 하는 항행으로 6년간의 관측 일정을 재설계했다.[19] 이에 따라, 조만간 전면적인 과학용 탐사 모드를 통한 첫 정상 가동을 11월 말까지 테스트한다고 밝혔다.
- ESA는 유클리드가 풀컬러로 촬영한 첫 우주 사진을 11월 7일(화), 유럽 현지시간 14:15(한국시간 20:15)에 생중계로 공개하였다. 약 50분에 걸쳐 ESA 전문가들의 설명과 함께 ESA 웹 TV와 ESA 유튜브 라이브를 통해 공개될 총 5장의 이미지에는 3D 우주지도가 포함되었다.
5.1.2. 정상가동 단계[편집]
- 추가 예정
5.2. 2025년[편집]
- 추가 예정
5.3. 2027년[편집]
- 추가 예정
5.4. 2030년[편집]
- 추가 예정
6. 여담[편집]
- 원래의 발사체였던 소유즈를 정치적인 이유로 교체해야 했던 ESA 유클리드 추진단은 대체수단 결정에 우여곡절이 많았다. 당초 소유즈로 정한 사유는 ESA의 자체 로켓인 구형 아리안 5의 퇴역과 신형 아리안 6의 미완성 시점이 미묘하게 맞물려서다. 아리안 5는 2023년 7월, 117호(VA-261) 발사를 끝으로 현역에서 물러났고[20], 아리안 6은 예정된 2023년에 최초 발사가 불투명했다. 더욱이 2023년 말부터 시작되는 아리안 6의 초도 발사 1~4호는 초고가의 다국적 상업용 위성과 프랑스 군사 위성 등으로 발사 계약이 이미 완료된 상태였다. 상대적으로, 사업 예산이 적은 과학 목적의 유클리드를 고비용의 아리안 6 발사 슬롯에 끼워 넣을 수 없었고, 2023년을 넘기자니 수많은 국가가 공동 투자한 협력 사업에 지연이 생긴다. 게다가 초정밀 광학 기기가 탑재된 유클리드의 진동 허용치는 소유즈 로켓의 저진동 스펙에 맞춰 개발됐는데, 아리안 6은 발사 시 설계 진동이 유클리드의 임계치에 가까웠다.
- 유클리드의 발사체 대안은 미국의 스페이스X 팰컨 외에는 없었다. 특히 팰컨 9는 발사 비용이 저가로 알려진 소유즈 1.4억 유로의 절반도 안 되는 6천만 유로에 가능했고, 재활용 로켓이라 긴급 발사가 용이한 슬롯을 만들 수 있으며, 유클리드의 체적 규모와 진동 한계에도 맞출 수 있는 스펙인 데다가 2026년 라그랑주점 L2로 발사될 낸시 그레이스 로먼 우주망원경이 팰컨 헤비와 계약이 되어 있어 스페이스X 측의 L2 궤도 진입에 관한 역량도 확보된 상태였다. 문제는 스페이스X는 ESA에게 첨예한 경쟁자여서 이러한 정황에 ESA 경영진이 극도로 불편해 했고, 아리안 6을 이용토록 아리안 사업단이 여러 방면으로 로비를 시도했다. 하지만, 2024년 초부터 개시해야 하는 21개국 유클리드 컨소시엄의 탐사 일정을 꼬임 없이 진행해야만 하고, 유클리드 사업 예산에 아리안 6 비용은 도저히 맞출 수는 없었기에 결국 ESA 유클리드 추진단은 상업용 경쟁 발사체인 미국의 팰컨 9로 서둘러 대체했다.
7. 기타[편집]
7.1. 관련 문서[편집]
- 허블 우주 망원경 (1990.4 발사, 현역 - 지구 저궤도 537~541km 상공)
- 페르미 감마선 우주 망원경 (2008.6 발사, 현역 - 지구 저궤도 526~544km 상공)
- 가이아 우주 망원경 (2013.12 발사, 현역 - 라그랑주점 L2 지점)
- 제임스 웹 우주 망원경 (2021.12 발사, 현역 - 라그랑주점 L2 지점)
- 낸시 그레이스 로먼 우주망원경 (2026년 발사 예정 - 라그랑주점 L2 지점)
7.2. 외부 링크[편집]
- https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid
- https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid_overview
- https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/Frequently_asked_questions_about_Euclid
- https://www.eoportal.org/satellite-missions/euclid
- https://www.euclid-ec.org/
- https://youtu.be/IUBA6utlfk0
이 문서의 내용 중 전체 또는 일부는 2023-12-31 02:57:31에 나무위키 유클리드 우주 망원경 문서에서 가져왔습니다.[1] 고대 그리스의 수학자이자 기하학자, 논리학자인 유클리드의 이름에서 따왔다.[2] 유럽연합 17개국 및 미국(NASA), 영국, 캐나다, 일본[3] 2018년 독일 본에서 열린 EC 연차 총회에 참석한 380명의 사진이다. EC 연차 총회는 서로 다른 회원국에서 매년 열린다.[4] 최신의 우주 모델에 따르면, 우주는 5%의 일반 물질, 27%의 암흑 물질, 68%의 암흑 에너지로 구성되어 있다고 가정한다. 즉, 암흑 세계가 95%에 달한다.[5] 유클리드가 6년여에 걸쳐 시현할 3차원 우주 맵의 깊이는 212억 광년, 너비와 높이는 각각 14억 광년의 범위에 달한다. 하지만 ESA는 이 정도 규모의 3D 맵도 가상의 우주 볼륨에 불과 1/1000 수준이라고 한다.[6] GAIA를 통해 생성되었던 3D 은하수 지도에 기반하여 유클리드 딥 필드의 위치가 지정된다.[7] 대한민국의 한국천문연구원 역시 미국(북반구)과 이들 남반구 세 나라에 각각 1.6m 광시야 망원경을 포함하는 외계행성 탐색시스템 시설을 구축하여 운영 중이다.[8] 가시광선+근적외선 장비를 갖추게 되므로, 유클리드의 관측 기기와 구성 면에서 상당히 비슷하다. 유클리드는 넓고 먼 우주 공간에 집중하는 반면, 낸시 로먼은 태양계 외곽의 우주 및 태양계와 가까운 은하의 천체를 연구하는 점에서 차이가 있다.[9] 일반적으로, 지구 궤도 밖 우주 탐사선의 임무 수명은 예상치 못한 기동 상황에 의한 연료와 전원 소모분을 포함하여 매우 보수적으로 잡는다. 한국의 다누리 역시 당초 임무는 1년이었으나, 달궤도 진입 전 항행과 기동 과정이 아주 순탄하여 연료 소모를 최소화한 결과 2년의 임무 수행이 추가된 바 있고, 보이저호의 원자력 전지는 기대 수명 5년의 10배에 달하는 50년 가까이 운영될 수 있는 상황이다.[10] 당초 운송 수단이었던 소유즈ST 발사체의 페어링 규격에 맞춘 것이다.[11] Command and Data Management Unit[12] 이번 발사에 장착된 페이로드 페어링은 매우 정밀하고 예민하며 초고가의 광학 장비를 둘러싼 페어링 내부에 혹시 남은 오염 물질이 없게끔 재생품이 아닌 특별히 새로 주문된 제품이다. 팰컨9 로켓은 우주에서 버려지는 2단부 외에 장치 전량이 재활용되는데, 약 6백만불에 달하는 페어링(양쪽) 역시 낙하산에 의한 착지/착수로 회수된다.[13] 동영상에 "Webb has a new friend at L2 - AOS confirmed! (라그랑주점 L2에 있는 JWST에게 새 친구가 생겼어요 - AOS 확인!)" 문구가 보인다.[14] 구경 3.58m 마우나케아 산 정상 해발 4,200m 소재[15] VIS 초점 조정은 약 1주일이 걸리며 이 과정이 끝나자마자 이미 가동 준비를 마친 NISP와 함께 빠르면 8월이 오기 전 첫 우주 시범 촬영이 진행된다고 ESA는 밝혔다.[16] JWST 역시 같은 궤적을 그리는 모습이며, GAIA의 경우는 리사주 궤도의 형태로 움직이고 있다.[17] 오른쪽 확대 사진의 경우, 좌측 상단부와 중앙 부근에서 보이는 가느다란 선 자국을 통해 유클리드 본체의 부품 간 아주 작은 틈새로 태양빛이 들어와 VIS 감지기에 영항을 주는 점이 발견됐다. 이는 유클리드 특정 자세의 각도에서 발생하고 있으며 정식 운용 기간 중에는 이러한 틈새의 햇빛 영향없이 우주를 촬영하는데 문제가 없게 할 것이라고 ESA는 부연했다. 기실, 금번 시범 촬영 이미지는 유클리드가 헤일로 궤도에 들어선지 이틀 만에 찍은 것이므로 자세 유지가 완전하지 않을 수 있기에 납득할 수 있는 정황이다.[18] 앞선 VIS의 경우와 마찬가지로, 우측 확대판 사진에서도 가공 처리가 필요한 의도치 않은 인공 잔상이 일부 보인다.[19] 이러한 두 가지 문제는 유클리드 위치 센서가 태양풍에서 나오는 양성자를 별빛으로 잘못 인지하는 한 가지 오류에 기인한 것으로 밝혀졌다. 즉, 서비스 모듈 내 FGS가 태양 빛 입자를 인식하면 그에 맞춰 광학 장치가 이를 추적하는 바람에 태양광이 미세하게 인입되고 위치 식별용 안내별마저 잃어버리는 현상이었다.[20] 아리안 5는 퇴역 5번째 앞선 112호(VA-256)를 통해 2021년 12월 라그랑주점 L2 궤도로 JWST를 정확히 송출한 경험이 있었기에 ESA 입장에선 아쉬운 카드가 날아갔다.