초저주파 패턴 분석, 수천 킬로미터 거리에서 로켓발사 식별 (동영상)

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-06-17 08:23:50
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* 국제 초저주파 측정 네트워크 스테이션, 실제로 금지된 원자폭탄 폭발을 모니터링 용
* 초저주파 패턴은 로켓의 유형과 현재 점화 중인 연소 단계를 결정하는 데 사용 가능
* 초저주파 데이터는 차량을 시작하거나 재진입 할 ​​때 문제 식별, 고장 발생 시 절차 정보제공

인프라 사운드, 로켓 발사 공개
사운드 패턴을 통해 로켓 유형과 발사 수준을 구분할 수 있다.


우주 왕복선에서 팰콘까지 :
국제 초저주파 측정 네트워크의 스테이션은 실제로 금지된 원자 폭탄 폭발을 모니터링 하기위한 것이다. 그들은 우리가 지금 볼 수 있듯이 로켓이 세계에서 언제 어디서 발사되는지를 보여준다. 초저주파 패턴은 로켓의 유형과 현재 점화 중인 연소 단계를 결정하는 데 사용할 수도 있다. 이것은 측정을 보정하고 대기 물리학을 보다 면밀히 조사하는 데 특히 유용하다. 

▲ 초기 우주 왕복선 중 하나인 로켓 발사는 수천 킬로미터 떨어진 곳에서도 초저주파로 식별할 수 있다.

© NASA/ Scott Andrews


먼 천둥 소리, 폭풍우 또는 파도 소리에서 수중 화산 폭발, 코끼리의 원격 통신에 이르기까지 지구 전체의 대기는 들리지 않는 소리의 교향곡으로 가득 차 있다. 이러한 저주파 음파는 많은 자연 소스뿐만 아니라 기술 시스템 및 차량에서도 생성된다. 파장이 길기 때문에 초저주파는 광범위한 범위를 가지고 있으며 적절한 측정 장치를 사용하면 수천 킬로미터 떨어진 곳에서도 감지 할 수 있다.

글로벌 "귀"로서의 초 저주파 측정 네트워크

이것이 바로 국제 모니터링 시스템(IMS)이 사용하는 것이다.
전 세계 53개 방송국이 비정상적인 초저주파 이벤트에 대해 글로벌 "귀"처럼 청취한다.
이 도청 네트워크의 주요 목적은 원자 폭탄 폭발을 감지하여 핵무기 실험에 대한 국제 금지 위반을 감지하는 것이다. 측정 스테이션의 마이크로 기압계 데이터는 또한 해저 화산 폭발의 과정을 기록하고 수많은 사건을 조사하는 데 도움이 될 수 있다.

하노버에 있는 연방 지구과학 및 천연자원 연구소 (BGR)의 Christoph Pilger와 그의 동료는 이제 측정 네트워크가 로켓 발사와 같은 기술 프로세스 연구에도 적합한지 조사했다.
이를 위해 IMS 스테이션이 2009년부터 2020년까지 기록한 0.01~4Hz 사이의 7,637개의 초 저주파 시그니처를 평가한다. 이 기간 우주 임무를 위한 1001개의 로켓 발사가 발생했다.

로켓 발사 및 후속 단계를 명확하게 식별 가능

대부분의 로켓 발사는 시간과 장소를 정확하게 재구성하는 데 사용할 수있는 특징적인 초저주파 신호를 생성했다. 연구자들이 보고한 바와 같이 엔진의 울림으로 인한 압력파는 5천km의 거리에서, 어떤 경우에는 최대 9천km까지 감지할 수 있었다. 모든 발사의 거의 3/4가 측정 데이터에 명확한 흔적을 남겼고, 나머지 경우에는 로켓이 너무 작고 조용했다.

이륙은 초저주파 데이터를 통해 추적할 수 있을 뿐만 아니라 로켓의 추가 상승도 특징적인 사운드 패턴을 생성했다. 필거(Pilger)의 동료 파울 후페(Paul Hupe)는 "초저주파 데이터를 추가로 처리하고 필터를 추가함으로써 다양한 화상 수준을 구분할 수 있었다"고 말했다.
타 버린 계단이 폭발하고 대기로 재진입하는 소리도 들렸다.

"우리는 이륙 및 상승에서 부스터 분리, 재진입 및 착륙에 이르기까지 비행의 각 단계에 대해 5~10개의 서로 다른 파형 펄스 및 신호군을 관찰한다"고 과학자들은 설명했다.

<이것이 초저주파에서 시작하는 우주 왕복선의 소리이다. © AGU>


우주 왕복선에서 Falcon-9까지

하지만 그뿐 만이 아니다.
초저주파 시그니처가 매우 특징적이어서 Pilger와 팀은 추력과 로켓 유형에 대한 결론을 도출할 수 있었다. 그들 중 7개는 우주 왕복선, 소유즈 로켓, ESA의 아리안 5, 러시아 양성자 로켓, 중국의 Long March 발사체의 여러 모델 등 사운드 패턴으로 명확하게 식별 할 수 있다.

시그니처의 차이점은 케이브 카나버럴(Cape Canaveral)의 우주 왕복선과 Falcon-9의 이륙을 직접 비교한 팀이 설명했다. 연구진은 "우주 왕복선을 사용해 먼저 고체 연료 부스터의 점화로 인한 강한 신호를 관찰했다. 이 부스터의 높이는 음파의 겉보기 속도가 증가함에 따라 IMS 다이어그램에 표시된다"고 설명했다. 부스터를 분리하고 내린 후 두 번째 신호 그룹이 이어졌다. 세 번째로 약한 신호는 부스터가 바다로 튀어나오면서 나온 것이다.“

SpaceX의 Falcon 9 로켓의 경우 발사 시그니처는 비슷하지만 액체 연료가 고 충격의 초저주파를 덜 생성하기 때문에 더 약하다고 Pilger와 그의 동료들은 말했다. 분리된 부스터에 의해 생성된 파동의 두 번째 부분은 특히 버뮤다 근처의 플랫폼에 착륙하기 때문에 나중에 나온다.

<이것이 Falcon 9 로켓이 초저주파에서 들리는 소리이다. © AGU>


기술 및 대기 연구에 유용

과학자들에 따르면 이 데이터는 여러 가지 방법으로 유용하다.
한편으로는 로켓과 발사의 타이밍과 특성이 알려져 있기 때문에 초저주파가 대기에서 어떻게 전파되는지 더 정확하게 연구하는 데 사용할 수 있다. 이것은 또한 측정을 교정하는 데 도움이 된다.

다른 한편으로, 초저주파 데이터는 예를 들어 차량이 출발하거나 재진입 할 ​​때 문제를 식별하고 고장 발생 시 정확한 절차에 대한 정보를 제공하는 데 도움이 될 수 있다.
따라서 우리는 로켓의 소리 생성, 공기 및 측정 기기를 통한 초 저주파의 수송에 대해 더 많은 정보를 알고자하는 다른 연구자들에게 우리의 결과를 제공할 것이다”고 Pilger와 그의 팀이 말했다.
(Geophysical Research Letters, 2021; doi : 10.1029 / 2020GL092262)
출처 : American Geophysical Union

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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