제네시스 (우주선)

Genesis (spacecraft)
창세기
An image of a spacecraft, with two solar panels on either end, and a collection system in the open position, visible on the top of the spacecraft, with the lid open.
수집 구성에서, 제네시스 우주선은 이온과 전자 모니터뿐만 아니라 여러 종류의 태양풍 수집기를 노출시켰다.
미션 타입샘플 리턴 미션
교환입니다.NASA · JPL
COSPAR ID2001-034a Edit this at Wikidata
새캣26884
웹 사이트genesismission.jpl.nasa.gov
미션 기간3년 30일 23시간 44분
우주선 속성
제조원록히드 마틴 우주 시스템즈
발사 질량636 kg (1,402파운드)[1]
건조 질량494 kg (1,089파운드)[2]
치수2.3 × 2.0 m (7.5 × 6.6 피트)[2]
254 W (솔라 어레이/NiH2 배터리)[2]
임무 개시
발매일 2001년 8월 8일 16:13:40 (2001-08-08)UTC16:13:40)UTC[1]
(20년 11개월 23일 전)
로켓델타 II 7326-9.5 (D287)[1]
발사장소케이프 커내버럴 SLC-17A[1]
청부업자보잉
임무 종료
상륙일 2004년 9월 8일 15:58 (2004-09-08)UTC15:58)UTC[1]
(17년 10개월 23일 전)
착륙 지점유타 더그웨이 시험장
40°11°19°N 113°12~46°W/40.1881°N 113.21278°W/ 40.1881; -186.21278
Genesis insignia.png
창세기 임무의 공식 휘장

제네시스는 나사가 태양풍 입자의 샘플을 채취하여 분석을 위해 지구로 돌려보낸 샘플 리턴 탐사선이었다.이는 아폴로 계획 이후 처음으로 물질을 돌려보내는 NASA의 샘플 리턴 임무였으며,[3][4]궤도 너머에서 물질을 돌려보내는 첫 번째 임무였다.제네시스는 2001년 8월 8일에 발사되었고 샘플 리턴 캡슐은 디자인 결함으로 인해 드로그 낙하산을 펼 수 없게 된 후 2004년 9월 8일에 유타에 불시착했다.그 충돌로 많은 샘플 수집가들이 오염되었다.대부분 파손됐지만 일부 수집가는 성공적으로 [5]회수됐다.

창세기 과학팀은 오염의 일부를 제거하거나 피할 수 있으며, 태양풍 입자를 다양한 방법으로 분석하여 임무의 주요 과학 [6][7]목표를 모두 달성할 수 있다는 것을 입증했다.

목적

이 임무의 주요 과학 목표는 다음과 같다.[8]

  • 기본적으로 행성 과학 문제를 해결하기에 충분한 정밀도를 가진 데이터가 없기 때문에 태양풍에서 정확한 태양 동위원소 함량을 얻기 위해.
  • 문헌에 기재된 것보다 정확도가 3-10배 향상된 태양 원소 함유량을 얻기 위해
  • 21세기 과학이 달의 표본과 비슷하게 기록될 수 있도록 태양 물질의 저장고를 제공하기 위해서.
존슨 우주 센터의 클린 랩에 있는 제네시스 컬렉터 어레이.육각형은 실리콘, 코런덤, 사파이어 금, 다이아몬드 같은 탄소막 [9]및 기타 재료를 [10]포함한 다양한 초순도 반도체 등급 웨이퍼로 구성됩니다.

이 임무의 과학적 목표는 태양풍이 아니라 태양의 구성을 참조하는 것입니다.과학자들은 태양의 바깥쪽 층이 초기 태양 성운의 구성을 보존하고 있다는 증거를 제시하기 때문에 태양의 샘플을 원한다.따라서 태양 바깥쪽 층의 원소 및 동위원소 구성을 아는 것은 태양 성운의 원소 및 동위원소 구성을 아는 것과 사실상 같습니다.이 데이터는 행성과 다른 태양계 천체들이 어떻게 형성되었는지를 모형화하고, 그 결과들을 별의 진화와 우주의 다른 에서의 행성계의 형성이해하는 데 사용할 수 있다.

분명히, 이상적인 샘플 수집 옵션은 태양에 우주선을 보내고 태양 플라즈마를 수집하는 것입니다. 하지만, 그것은 태양의 과열 가스의 강한 열과 멀리 있는 스파의 전자 장치를 정기적으로 방해하는 태양 코로나의 동적 전자기 환경 때문에 어렵습니다.cecraft.다행히도, 태양은 태양풍의 형태로 계속해서 외부 층의 일부를 제거한다.

따라서, 임무 과학 목적을 달성하기 위해, 제네시스 우주선태양풍 이온을 모아 지구로 돌려보내 [11]분석을 하도록 설계되었다.창세기에는 여러 개의 다른 태양풍 수집기가 있었는데, 그것들은 모두 수동적으로 태양풍을 수집했다. 즉, 수집기는 태양과 마주보고 있는 공간에 놓여 있었고, 반면 태양풍의 이온은 200km/s 이상의 속도로 충돌하여 충돌했을 때 수집기의 표면에 묻혔다.이 패시브 컬렉션은 반도체 업계가 특정 유형의 디바이스를 만들기 위해 사용하는 프로세스와 유사한 프로세스이며, 이 프로세스의 시뮬레이션은 프리 액세스 프로그램 SRIM에 [12]의해 제공됩니다.

대부분의 창세기 수집가들은 우주선이 마주친 모든 태양풍(벌크 태양풍)을 지속적으로 샘플링했다.그러나 우주선은 또한 [13]태양풍의 특정 "시간대"(빠른, 느린, 코로나 질량 방출)를 만났을 때 배치된 3개의 수집기 어레이를 탑재했다.이러한 전개 가능한 수집기 배열은 암석 형성 요소가 태양풍을 형성하는 과정 전반에 걸쳐 상대적인 비율을 유지한다는 가설을 테스트하기 위한 데이터를 제공하도록 설계되었다.

제네시스에는 세 번째 유형의 집전 장치가 있었는데, 집전 장치는 대량의 태양풍을 모았지만, 수소를 정전적으로 물리치고 가벼운 태양풍 원소를 작은 표적에 집중시킬 수 있는 충분한 전압을 가지고 있다는 점에서 차별적이었다.농축기의 목적은 분석가들이 광원소의 [14][15]동위원소를 정밀하게 측정할 수 있도록 태양풍 이온의 양이 증가한 샘플을 가져오는 것이었다.

작동

미션 프로파일

창세기 임무의 궤적과 비행 계획

제네시스는 캘리포니아 공과대학 나사 제트추진연구소(JPL)의 디스커버리급 임무였다.우주선록히드 마틴 우주 시스템에 의해 설계되고 총 2억 6천 4백만 달러의 미션 비용으로 제작되었다.

NASA는 2001년 8월 8일 16:13:40 UTC에 케이프 커내버럴에서 델타 II 7326 로켓으로 이 우주선을 발사했다.이 임무를 위한 궤도 개발은 마틴 로가 주도했다.발사 후, 제네시스는 지구-태양1 L에 순항한 후 2001년 11월 16일 Lissajous 궤도 삽입 기동을 실시하여 L에 대한 타원1 궤도에 진입했다.제네시스는 12월 3일 컬렉터 어레이를 공개하고 태양풍 입자를 수집하기 시작했다.수거 작업은 850일 후인 2004년 4월 1일 우주선이 [16]L 주위에 5개1 후광 고리를 완성하면서 끝났다.제네시스는 2004년 4월 22일 지구로 귀환하기 시작했다.귀환 단계에는 직접 접근하면 밤에 우주선을 회수할 수 있었기 때문에 낮에 우주선을 회수할 수 있도록 지구 L2 향해 궤도 우회로가 포함되었다.L에 대한2 후광 루프를 한 번 완료한 후, 제네시스 샘플 리턴 캡슐은 우주선 버스와 분리되어 2004년 [17]9월 8일 계획된 복구를 위해 지구로 돌아왔다.

회복 단계

계획된 공중 회수는 광범위하게 연습되었다.
Genesis 샘플 반송 캡슐은 충돌 직전에 이미징되었습니다.

수집 단계가 완료된 후, 수집기 배열은 샘플 반송 캡슐에 저장되었고, 우주선은 지구로 돌아왔다.캡슐이 지구에 접근하고 있고 재진입의 첫 단계에는 모든 것이 양호해 보였다.

캡슐 회수를 위한 광범위한 계획이 수행되었다.정상적인 낙하산 착륙은 섬세한 샘플에 손상을 입혔을 수 있기 때문에 임무 설계는 샘플 반송 캡슐의 공중 회수를 요구했다.지상 약 33km(21마일) 상공에서 드로그 낙하산이 천천히 하강하기 위해 배치될 예정이었다.그 후, 6.7 km (4.2 mi)의 높이에서, 더 천천히 하강하고 캡슐을 안정적인 비행 상태로 두기 위해 대형 파라포일이 배치되었다.두 번째 헬리콥터를 예비로 한 헬리콥터가 5미터의 갈고리 끝에 있는 낙하산으로 캡슐을 잡으려고 했다.일단 회수되면 캡슐은 연착륙했을 것이다.

샘플 귀환 캡슐은 2004년 9월 8일 16:55 UTC에 약 11.04km/s(24,706mph)[17]의 속도로 북부 오리건 상공에서 지구 대기권에 진입했다.감속센서의 설계 결함으로 낙하산 전개는 이뤄지지 않았고 자체 [18]공기저항만으로 하강이 늦어졌다.계획된 공중 회수는 수행되지 않았고 캡슐은 약 86m/s의 속도로 유타주 트윌 카운티에 있는 더그웨이 시험장의 사막 바닥에 추락했다.

충격으로 캡슐이 깨졌고 내부 샘플 캡슐의 일부도 파손됐다.속도는 예상했던 것보다 손상이 덜 심각했다. 꽤 부드러운 지면에 떨어짐으로써 어느 정도 완충되었다.

낙하산 전개 시스템의 불발화 장치와 배터리에서 나오는 유독 가스로 인해 복구 팀이 추락 장소로 접근하는 것이 지연되었다.결국 파손된 샘플 회수 캡슐은 안전하게 보관되어 검사를 위해 클린룸으로 옮겨졌다.동시에 훈련을 받은 인력들이 수집가 파편을 찾기 위해 현장을 샅샅이 뒤지고, 향후 발생할 수 있는 오염 물질을 확인하기 위한 참고 자료로 보관하기 위해 지역 사막 토양을 채취했다.다양한 수집기 검사, 카탈로그 작성 및 패키징을 포함한 유타 테스트 트레이닝 레인지의 Genesis 팀원들의 복구 작업은 [19]4주가 걸렸습니다.

우주선 버스의 운명

샘플 반송 캡슐이 유타 사막 바닥에 충돌하면서 열렸다.캡슐의 지름은 1.5m(4.9피트)였고 질량은 225kg(496파운드)이었다.

2004년 9월 8일 샘플 귀환 캡슐을 공개한 후, 우주선 버스는 지구-태양 라그랑주 지점(L1)으로 되돌아갔다.2004년 11월 6일 궤도 보정 기동이 수행되었고, 연장된 임무에 사용되지 않을 경우 우주선 버스는 결국 L을 떠날1 수 있었다.2004년 [20]12월 2일 마지막 명령이 버스로 전송되어 제네시스가 동면에 들어갔습니다.이 "안전" 모드에 있는 동안, 태양 어레이를 태양 쪽으로 자율적으로 향하게 하면서, 이 상태에 대한 정보를 계속 전송할 것입니다.이 우주선 버스는 2005년 2월 1일경 [21]지구를 이끄는 태양중심 궤도에 머물며 L을 떠났다1.

샘플 추출 및 결과

제네시스 수석 조사관 도널드 버넷이 샘플 캐니스터의 잔해를 정리하고 있습니다.

초기 조사 결과 일부 웨이퍼는 충격으로 부서졌지만 다른 웨이퍼들은 대체로 온전한 것으로 나타났습니다.사막의 흙이 캡슐 안으로 들어갔지만, 액체의 물은 들어가지 않았다.태양풍 입자가 웨이퍼에 박힐 것으로 예상된 반면 오염 오염물질은 표면에만 있을 것으로 여겨져 시료에서 먼지를 분리할 수 있었다.시료 분석 과정에서 가장 다루기 어려운 것은 추락사고로 유입된 육상 사막토가 아니라 윤활유와 공예용 건축 자재 [22]등 자체 화합물이었다.

분석팀은 그들이 그들의 주요 과학 목표의 대부분을 달성할 수 있을 것이라고 말했다.2004년 9월 21일 추출이 시작되었고 2005년 1월 알루미늄 웨이퍼의 첫 번째 샘플 조각이 St. Washington University의 과학자들에게 보내졌다. 루이스[23]분석합니다.

제네시스 태양풍 샘플은 NASA 존슨 우주 센터에서 장기 큐레이션 중이어서 샘플 분석 기술이 발전함에 따라 앞으로 [6]수십 년 안에 과학계에서 순수한 태양풍 샘플을 이용할 수 있게 될 것이다.

희가스

2007년, 워싱턴 대학의 과학자들은 상세한 네온과 아르곤 동위원소 [24]발견을 발표했다.2009년에 [25]희가스의 원소 및 동위원소 조성에 대한 나머지 결과가 보고되었다.이 결과는 "젊은" 태양풍을 포함한 달 표본의 데이터와 일치하며, 태양풍의 구성이 적어도 지난 1억 [25]년 동안 변하지 않았음을 보여준다.

산소 동위원소

2005년 4월 20일, 휴스턴에 있는 존슨 우주 센터의 과학자들은 4개의 태양풍 수집기를 집광기에서 제거했고, 그들이 아주 좋은 상태라는 것을 발견했습니다.이 농축기의 목표물은 임무 중에 태양-산소 이온을 수집했으며 제네시스의 [26]최우선 측정 목표인 태양-산소 동위원소 구성을 측정하기 위해 분석될 것이다.

연구팀은 2008년 3월 10일 제네시스 농축기의 탄화규소 웨이퍼를 분석한 결과 태양은 지구, 달, 화성,[27][28] 벌크 운석에 비해 산소-16(16O) 비율이 더 높은 것으로 나타났다고 발표했다.이는 내행성과 [29]소행성대를 형성하는 먼지 입자가 합쳐지기 전에 알려지지 않은 과정이 원시 행성계 물질의 태양 원반에서 산소-16을 약 6% 고갈시켰다는 것을 의미한다.

질소 동위원소

질소는 태양계 물질에서 동위원소 변화의 범위와 출처를 알 수 없었기 때문에 핵심 표적 원소였다.대상 물질에 따르면 삽입형 태양풍 질소는 2.18×10−3 N/14N 비율을 가진다(즉, 지상 대기에 비해 N이 40% 이상 낮다).원시 태양 성운의 N/14N 비율은 2.27×10으로−3 태양계 천체 중 가장 낮은 N/14N 비율입니다.이 결과는 초기 태양계의 극단적인 질소 동위원소 이질성을 나타내며,[30] 태양계 저장소에서 관측된 N-결손 성분을 설명한다.

사고조사위원회(MIB)

상단: 제네시스 캡슐과 버스 모습.하단: 뒤로 설치된 가속도계 유형을 연필로 확대하여 축척을 표시합니다.

폭약, 항전, 그리고 다른 전문 분야 전문가들을 포함한 16명으로 구성된 NASA 미샤프 조사 위원회가 임명되었습니다.MIB는 더그웨이 시험장에 도착한 2004년 9월 10일에 작업을 시작했다.그것은 존슨 우주 센터에 의해 큐레이팅되어야 하는 모든 과학적 하드웨어가 출시될 수 있고 위원회의 작업에 필요하지 않다고 결정했다.JPL과 록히드 마틴은 모두 MIB를 위한 비행 데이터와 다른 기록들을 준비하기 시작했다.

2004년 9월 20일 MIB는 과학 물질을 추출한 캡슐을 MIB [31]사용을 위해 콜로라도 덴버 근처의 록히드 마틴 우주 시스템 시설로 옮길 것이라고 발표했다.

낙하산 배치 실패의 첫 번째 가능한 근본 원인은 10월 14일 보도자료를 통해 발표되었다.록히드마틴은 가속센서의 내부 메커니즘이 잘못된 방향으로 설치(G스위치가 뒤로 설치됨)된 시스템을 구축해 설계 검토 결과 이 같은 오류를 발견하지 못했다.의도된 설계는 센서 내부에 3g(29m/s2)의 전기 접촉을 만들어 최대 예상 30g(290m/s2)까지 유지하고 3g에서 접점을 다시 끊어 낙하산 해제 시퀀스를 시작하는 것이었다.대신,[32] 어떠한 연락도 이루어지지 않았다.

2006년 성공적으로 착륙한 스타더스트 혜성 샘플 귀환 우주선에도 같은 개념의 낙하산이 사용되었다.

NASA 조사위원회 의장인 마이클 리슈케비치는 NASA의 엄격한 검토 절차 중 어떤 것도 실수를 발견하지 못했다고 언급하며 "이것을 [33]혼동하는 것은 매우 쉬울 것입니다."라고 말했다.

이 불상사는 에드워드 A에게 영감을 준 원래의 사건과 유사하다. 머피 주니어가 지금은 유명한 머피의 법칙을 공식화한 것:[34] 거꾸로 설치된 가속도계.2006년 1월 6일, Ryschkewitsch는 이 우주선에 대한 사전 테스트 절차가 록히드 마틴에 의해 생략되었다고 밝혔고,[35] 그는 이 테스트가 문제를 쉽게 발견할 수 있었을 것이라고 언급했다.

레퍼런스

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외부 링크