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- 1990년에 궤도에 발사된 허블 우주 망원경은 오늘날 천문학에서 가장 중요한 장비 중 하나
- 허블은 자력계, 태양계, 항성 추적기, 시각적 정밀 유도 센서 비롯 원래 6개의 자이로스코프(활성 3개, 예비 3개)를 사용. 민감한 관성 센서 중 3개가 고장
- 한 개의 자이로스코프 모드로 작동 전환 성공

허블 망원경이 다시 작동 중이다.
우주망원경을 하나의 자이로스코프만으로 작동시키는 전환에 성공

전환은 성공적이었다. 허블 우주 망원경은 지난 금요일부터 다시 작동하여 이전 세 개의 자이로스코프 대신 단 하나의 자이로스코프를 사용하여 천문 데이터를 수집하고 있다. 이로 인해 망원경의 표적 방위가 약간 느려지지만 NASA의 보고에 따르면 이전에 나머지 위치 센서 중 하나의 오작동이 반복되는 것을 방지할 수 있다. 이로써 이미 34년이 된 '아이 인 스페이스(Eye in Space)'의 수명이 연장됐다. 

▲ 허블 우주 망원경은 이제 위치 정보를 얻기 위해 하나의 자이로스코프만으로 작동한다. © NASA

1990년에 궤도에 발사된 허블 우주 망원경은 오늘날 천문학에서 가장 중요한 장비 중 하나로 남아 있다. 우리는 그에게 우주에 대한 독특한 이미지뿐만 아니라 획기적인 천문학적 발견도 부여했다. 그러나 망원경이 작동하기 위한 전제 조건은 목표물을 정확하게 조준할 수 있어야 한다는 것이다. 이를 위해 허블은 자력계, 태양계, 항성 추적기, 시각적 정밀 유도 센서를 비롯한 다양한 센서와 원래 6개의 자이로스코프(활성 3개, 예비 3개)를 사용한다.

자이로스코프 또는 자이로스코프 기기는 관성의 원리를 기반으로 우주에서 망원경의 방향과 움직임을 측정한다. 각각에는 분당 1만9200회전으로 지속적으로 회전하는 바퀴가 포함되어 있다. 망원경이 회전하거나 기울어지면 자이로스코프의 축이 변경되고 이 편차는 위치와 범위 및 속도의 변화를 드러낸다.

세 번째 자이로스코프의 오류

그러나 우주 왕복선의 마지막 유지 보수 임무 이후 이러한 민감한 관성 센서 중 3개가 고장 났고 4번째 센서는 몇 달 동안 반복적으로 잘못된 데이터를 전송해 왔다. NASA는 "그 결과 망원경은 반복적으로 '안전 모드'에 빠졌고 망원경이 지상국의 지시를 기다리는 동안 과학적 관측을 일시 중지해야 했다"고 설명했다. 2024년 6월 4일, 미국 우주국은 허블 망원경을 단 하나의 자이로스코프를 사용하는 새로운 모드로 전환할 것이라고 발표했다.

이러한 변화는 이제 성공적이었다. NASA는 "허블 망원경은 이제 자이로스코프만 사용하는 대체 작동 모드로 성공적으로 전환했으며 금요일부터 망원경은 일상적인 과학 작업을 재개했다"고 말했다. 망원경과 그 장비는 안정적이고 정상적으로 작동했다. 이제 위치를 결정하기 위해 여전히 안정적으로 작동하는 두 개의 자이로스코프 중 하나를 사용하고, 두 번째는 예비로 꺼진 상태로 유지된다.

이것이 "한 개의 자이로스코프 모드"가 작동하는 방식이다.

그런데 하나의 자이로스코프를 사용하여 방향 찾기가 어떻게 작동할까? 일반적으로 3개의 공간 방향을 향하는 3개의 자이로스코프 장비의 조합만이 완전한 상황 정보를 제공한다. NASA는 “단일 자이로 모드에서는 자력계, 태양 센서 및 별 추적기가 고장난 자이로스코프를 대체한다”고 설명했다. 첫 번째 단계에서 허블 망원경은 나머지 자이로스코프 장비와 자력계 및 태양 센서를 사용하여 약 10도의 정확도로 목표물에 대략 영점을 맞춘다.

이를 통해 전면에 부착된 별 추적기가 이 지역에서 볼 수 있는 별 별자리를 지도와 ​​비교하여 망원경의 위치를 ​​수십 분의 1초까지 더욱 정밀하게 조정할 수 있다. 이를 통해 미세 유도 센서가 미세 조정을 수행할 수 있다. 망원경의 시야 주위에 위치한 이 카메라는 간섭계와 표적 가이드 별을 사용해 허블이 단 20밀리아크초 범위 내에서 표적 물체를 주시할 수 있도록 한다.

느리지만 작업 가능

NASA는 “허블이 목표물을 발견하면 단일 자이로스코프 모드에서의 안정성은 일반적인 3자이로스코프 작동과 거의 비슷하다”고 설명했다. 그러나 새로운 목표물을 조준하고 망원경을 조정하는 데는 이전보다 시간이 더 걸린다. 관찰시간은 짧아진다. 우주국에 따르면 관측 가능한 하늘 면적도 소폭 줄어들었다.

이제 우주 망원경은 화성 궤도보다 지구에 더 가까운 소행성을 포함하여 빠르게 움직이는 물체를 더 이상 추적할 수 없다. 천문학자들은 이제 허블 망원경을 사용하여 초신성이나 소행성이 이웃 행성 중 하나에 미치는 영향과 같은 단기 사건에 너무 빨리 초점을 맞출 수 없다. NASA는 "이러한 요소를 종합하면 세 개의 자이로스코프를 모두 사용한 전체 관찰 프로그램에 비해 생산성이 약 20~25% 감소할 수 있다"고 설명했다.

한 개의 자이로 모드는 여전히 작동하는 두 번째 위치 센서를 예비로 유지할 수 있다는 장점이 있다. 현재는 꺼져 있으며 현재 사용 중인 자이로스코프에 오류가 발생할 경우 백업 역할을 하도록 되어 있다. 이렇게 하지 않으면 자이로스코프 중 어느 것도 올바르게 작동하지 않기 때문에 허블 망원경이 영구적으로 고장날 위험이 줄어든다. NASA는 또한 결함이 있는 세 번째 자이로스코프 장비가 다시 안정화되고 다시 사용될 수 있는지 확인하기를 바란다.
출처: NASA

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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