바이킹 프로그램

Viking program
바이킹
Viking Orbiter releasing the lander.jpg
착륙선 하강 캡슐을 발사하는 바이킹 궤도선의 아티스트 인상
제조원제트추진연구소 / 마틴 마리에타
원산지미국
교환입니다.NASA/JPL
적용들화성 궤도선/착륙선
사양
발사 질량3,527kg (7,776파운드)
궤도: 620 와트 (솔라 어레이)
랜더: 70와트(2대의 RTG 유닛)
정권지역 중심
설계 수명궤도선: 화성에서 4년
착륙선: 화성에서 4~6년
치수
생산.
상황은퇴한
지었다.2
개시.2
은퇴한바이킹 1호 궤도선
1980년[1] 8월 17일
바이킹 1호 착륙선
1976년[1] 7월 20일(착륙) ~ 1982년 11월[1] 13일

바이킹 2호 궤도선
1978년[1] 7월 25일
바이킹 2호 착륙선
1976년[1] 9월 3일(착륙) ~ 1980년[1] 4월 11일
첫 출시바이킹 1호
1975년[1][2] 8월 20일
전회 출시바이킹 2호
1975년[1][3] 9월 9일

바이킹 프로그램은 1976년 [1]화성에 착륙한 미국의 동일한 우주 탐사선 바이킹 1호와 바이킹 2호로 구성되었다.각각의 우주선은 두 개의 주요 부분으로 구성되어 있었다: 궤도에서 화성의 표면을 촬영하도록 설계된 궤도선과 표면에서 화성을 연구하도록 설계된 착륙선.이 궤도선은 착륙 후 착륙선의 통신 중계기 역할도 했다.

바이킹 프로그램은 1970년대 후반의 성공적인 보이저 심우주 탐사선과는 관련이 없는 나사의 초기, 더 야심찬 보이저 화성 프로그램에서 발전했다.바이킹 1호는 1975년 8월 20일에 발사되었고, 두 번째 우주선인 바이킹 2호는 1975년 9월 9일에 발사되었으며, 두 우주선은 모두 센타우르 상단의 타이탄 IIIE 로켓에 올라탔다.바이킹 1호는 1976년 6월 19일 화성 궤도에 진입했고, 바이킹 2호는 8월 7일 화성 궤도에 진입했다.

한 달 이상 화성 궤도를 돌고 착륙지 선정에 사용된 이미지를 돌려본 후, 궤도선과 착륙선이 분리되었다; 그리고 나서 착륙선은 화성 대기권에 진입하여 선택된 지점에 연착륙했다.바이킹 1호 착륙선은 바이킹 2호가 궤도에 도착하기 2주 전인 1976년 7월 20일 화성 표면에 착륙했다.바이킹 2호는 9월 3일 성공적으로 연착륙했다.착륙선들이 지표면에 기구를 배치하는 동안 궤도에서의 영상촬영과 다른 과학적 조작을 계속했다.

프로젝트 비용은 [4][5]출시 당시 약 10억 달러로 2020년 약 50억 [6]달러에 해당합니다.이 임무는 성공적인 것으로 여겨졌으며 1990년대 후반과 2000년대 [7][8]초반까지 화성에 대한 지식의 대부분을 형성하는데 도움을 준 것으로 알려져 있다.

과학의 목적

  • 화성 표면의 고해상도 이미지 획득
  • 대기 및 표면의 구조 및 구성 특성 파악
  • 화성 생명체의 증거를 찾다

바이킹 궤도선

두 바이킹 궤도선의 주된 목적은 착륙선을 화성으로 운반하고 착륙 지점을 찾고 인증하는 정찰 수행, 착륙선의 통신 중계기 역할을 하며 그들만의 과학적 조사를 수행하는 것이었다.이전의 Mariner 9 우주선에 기반을 둔 각각의 궤도선은 지름이 약 2.5m인 8각형이었다.연료를 가득 채운 궤도선과 착륙선의 질량은 3527kg이었다.분리 착륙 후 착륙선의 질량은 약 600kg, 궤도선은 900kg이었다.총 발사 질량은 2328kg으로, 이 중 1445kg은 추진제와 자세 제어 가스였다.고리 모양의 구조의 8개 면은 높이가 0.4572m였고 너비는 1.397m와 0.508m였다.전체 높이는 하단 착륙선 부착 지점에서 상단 발사체 부착 지점까지 3.29m였다.16개의 모듈러 컴파트먼트가 있었는데, 4개의 긴 면 각각에 3개씩, 짧은 면 각각에 1개씩이었습니다.4개의 태양 전지판 날개가 궤도선의 에서 연장되었고, 반대로 연장된 두 개의 태양 전지판의 끝에서 끝까지의 거리는 9.75m였다.

추진력

추진 장치는 궤도선 버스 위에 설치되었다.추진력은 최대 9도까지 김볼할 수 있는 액체연료 로켓 엔진(모노메틸히드라진사산화질소)에 의해 제공되었다.엔진은 1,323N(297lbf) 추력을 발휘하여 1480m/s의 속도 변화를 제공합니다.자세 제어는 12개의 소형 압축 질소 제트에 의해 달성되었다.

내비게이션 및 통신

획득 태양 센서, 크루즈 태양 센서, 카노푸스 스타 트래커 및 6개의 자이로스코프로 구성된 관성 기준 유닛을 통해 3축 안정화가 가능했다. 개의 가속도계도 탑승했다.통신은 20W S밴드(2.3GHz) 송신기2개의 20W TWTA를 통해 이루어졌습니다.X 대역 (8.4 GHz) 다운링크도 전파 과학 및 통신 실험을 위해 특별히 추가되었습니다.업링크는 S밴드(2.1GHz)를 경유했습니다.궤도 베이스의 한쪽 가장자리에는 직경 약 1.5m의 2축 조종 가능한 포물선 접시 안테나가 부착되어 있으며 버스 상부에서 고정 저이득 안테나가 연장되어 있다.두 개의 테이프 레코더는 각각 1280메가비트를 저장할 수 있었다.381-MHz 릴레이 무선도 사용할 수 있었습니다.

두 개의 궤도선에 대한 동력은 각 날개에 두 개씩 있는 8개의 1.57 × 1.23 m 태양 전지판에 의해 제공되었다.태양 전지판은 총 34,800개의 태양 전지로 구성되어 있으며 화성에서 620W의 전력을 생산하였다.전력은 니켈 카드뮴 30-A/h 배터리 2개에도 저장되었습니다.

4개의 패널을 합친 면적은 15평방미터(160평방피트)였으며, 규제된 직류 전력과 규제되지 않은 직류 전력을 모두 공급했습니다. 무선 송신기와 랜더에는 규제되지 않은 전력이 공급되었습니다.

30암페어의 니켈 카드뮴 충전지 2개는 우주선이 태양을 향하지 않을 때, 발사 중, 보정 기동 중, 그리고 화성 [9]엄폐 중에 전력을 공급했다.

주요 조사 결과

바이킹 1호 궤도선의 화성 이미지 모자이크

일반적으로 많은 양의 물로부터 형성되는 많은 지질학적 형태를 발견함으로써, 궤도선의 이미지는 화성의 물에 대한 우리의 생각에 혁명을 일으켰다.많은 지역에서 거대한 강 계곡이 발견되었다.그들은 물의 홍수가 댐을 뚫고, 깊은 계곡을 파헤치고, 홈을 침식하여 암반을 만들고, 수천 킬로미터를 이동했다는 것을 보여주었다.남반구의 넓은 지역에는 한때 비가 내렸음을 암시하는 분기된 하천망이 있었다.일부 화산의 측면은 하와이 화산에서 발생한 것과 비슷하기 때문에 비에 노출되었다고 여겨진다.많은 크레이터들이 마치 임팩터가 진흙에 빠진 것처럼 보인다.그것들이 형성되었을 때, 흙 속의 얼음이 녹아서 땅을 진흙으로 만든 다음 표면을 가로질러 흘러갔을 수도 있다.일반적으로 충격으로 인한 물질은 올라갔다 내려갔다 한다.화성의 일부 [10][11][12]분화구에서처럼 지표면을 가로질러 흐르지 않고 장애물을 통과하지 않는다."혼돈의 지형"이라고 불리는 지역은 많은 양의 물이 빠르게 손실되어 큰 수로가 형성되는 것처럼 보였다.관련된 물의 양은 미시시피 [13]의 만 배 정도로 추정되었다.지하 화산 활동이 얼어붙은 얼음을 녹였을 수도 있다; 물은 흘러내렸고 땅은 무너져 혼란스러운 지형을 남겼다.

바이킹 착륙선

돈 데이비스의 배경화, JPL에서 촬영된 바이킹 착륙선 테스트 기사 뒤에 숨겨진 화성의 표면 컨셉.'샌드박스'요.

각 착륙선은 길이가 1.09와 0.56m(3피트 7인치와 1피트 10인치)인 6면 알루미늄 베이스로 구성되었으며, 짧은 측면에 부착된 세 개의 확장된 다리에 지지되었습니다.다리 발판은 위에서 보았을 때 2.21m(7ft 3in) 변을 가진 등변 삼각형의 정점을 형성했으며, 바닥의 긴 변은 인접한 두 발바닥과 직선을 형성했다.기구는 기지 내부와 위에 부착되어 있으며, 뻗은 [14]다리로 지표면 위로 올라갑니다.

각 착륙선은 진입 단계에서 착륙선의 속도를 늦출 수 있도록 설계된 에어로셸 방열판으로 둘러싸여 있었습니다.지구 유기체에 의한 화성 오염을 방지하기 위해 각 착륙선은 에어로셸 내의 조립 및 인클로저에 가압된 "바이오실드"에 밀폐된 후 111°C(232°F) 온도에서 40시간 동안 멸균되었습니다.온도적인 이유로, 바이오실드의 뚜껑은 센타우르 상단이 바이킹 궤도선/착륙선을 지구 궤도 밖으로 내보낸 후 버려졌다.[15]

진입, 하강 및 착륙(EDL)

각각의 착륙선은 궤도선에 붙어 화성에 도착했다.이 조립체는 착륙선이 발사되기 전에 화성 궤도를 여러 번 돌았고 지표로 하강하기 위해 궤도선에서 분리되었다.하강은 디오빗 연소부터 시작하여 4개의 뚜렷한 단계로 구성됩니다.착륙선은 이후 화성 대기와의 마찰 가열이 시작된 지 몇 초 후에 피크 가열이 발생하는 대기권 진입을 경험했다.약 6킬로미터(3.7마일)의 고도에서 시속 900킬로미터(600mph)의 속도로 이동하면서 낙하산이 전개되고 에어로셸이 방출되고 착륙선의 다리가 펼쳐졌다.약 1.5킬로미터(5,000피트)의 고도에서 착륙선은 3개의 역추진 엔진을 작동시키고 낙하산에서 분리되었다.착륙선은 즉시 역추진 로켓을 이용해 화성 [16]표면에 연착륙하면서 하강 속도를 늦추고 제어했다.

화성 표면에서 전송된 최초의 "맑은" 이미지는 바이킹 1호 착륙선 근처의 바위를 보여준다.

착륙할 때 (로켓 추진제를 사용한 후) 착륙선의 질량은 약 600kg이었다.

추진력

디오빗 추진은 모노로플란트 히드라진(NH24)에 의해 32뉴턴(7.2파운드f) 추력을 제공하는 3개의 클러스터로 구성된 12개의 노즐이 배치된 로켓을 통해 제공되었으며, 이는 180m/s(590ft/s)의 속도 변화를 의미한다.이러한 노즐은 착륙선의 이동 회전을 위한 제어 스러스터 역할도 했습니다.

말단 강하(낙하산 사용 후) 착륙에는 3개의 모노로프제 히드라진 엔진이 사용되었습니다.엔진에는 배기 가스를 분산시키고 지면에 미치는 영향을 최소화하기 위한 18개의 노즐이 있었으며, 276~2667뉴턴(62~600파운드f)의 스로틀이 가능했다.히드라진은 지구 미생물에 의한 화성 표면의 오염을 방지하기 위해 정제되었다.착륙선은 발사 당시 85kg(187lb)의 추진제를 운반했으며, RTG 윈드스크린 아래 착륙선의 반대편에 장착된 두 의 구형 티타늄 탱크에 들어 있었으며, 총 발사 질량은 657kg(1,448lb)이었다.제어는 관성 기준 장치, 4개자이로, 레이더 고도계, 터미널 강하 및 착륙 레이더 및 제어 스러스터를 사용하여 이루어졌다.

전원은 착륙선 기지 반대편에 부착되고 윈드스크린으로 덮인 플루토늄-238을 포함하는 2개의 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)에 의해 공급되었다.각 바이킹 RTG는 높이 28cm(11인치), 직경 58cm(23인치)였으며 질량은 13.6kg(30파운드)이며 4.4V에서 30와트의 연속 전력을 공급했습니다.최대 전력 부하를 처리하기 위해 4개의 습식 셀 밀폐 니켈 카드뮴 8Ah(28,800쿨롬), 28볼트 충전 배터리탑재되었습니다.

페이로드

바이킹 2호 착륙선이 촬영한 화성 이미지

통신은 2개의 이동파 튜브를 사용하여 20와트 S-밴드 송신기를 통해 이루어졌습니다.2축 조종 가능한 고이득 포물선 안테나가 랜더 베이스의 한쪽 가장자리 부근의 붐에 장착되었습니다.전방향성 저이득 S밴드 안테나도 베이스에서 연장된다.이 두 더듬이는 지구와 직접 통신할 수 있게 해주었고, 바이킹 1호는 두 궤도선 모두 고장난 후에도 계속 작동할 수 있게 해주었다.UHF(381MHz) 안테나는 30와트 릴레이 무선을 사용하여 궤도선에 단방향 릴레이를 제공했습니다.데이터 스토리지는 40 Mbit 테이프 레코더에 있으며 랜더 컴퓨터에는 명령어 명령을 위한 6000 단어 메모리가 있습니다.

착륙선은 착륙선 임무의 주요한 과학적 목적을 달성하기 위해 장비를 실었다: 생물학, 화학 성분 (유기무기), 기상학, 지진학, 자기 특성, 외관, 화성 표면과 대기의 물리적 특성을 연구하기 위해서.360도 원통형 스캔 카메라 2대가 기지 한쪽 긴 쪽에 설치됐다.이쪽 중앙에서 집전체 헤드, 온도 센서 자석이 끝에 있는 샘플러 암을 연장했습니다.기상 붐, 유지 온도, 풍향, 풍속 센서가 착륙선 다리 중 하나 위에서 뻗어 올라갔다.고이득 안테나 부근에 지진계, 자석 및 카메라 시험 대상, 확대경을 카메라와 마주보고 설치한다.내부 환경 제어 컴파트먼트에서 생물학 실험과 가스 크로마토그래프 질량 분석계를 개최했습니다.X선 형광 분광계도 구조물 내에 장착되었습니다.착륙선 본체 아래에 압력 센서가 부착되어 있었다.과학적 탑재물의 총 질량은 약 91kg(201lb)이었다.

생물학적 실험

바이킹 착륙선들은 NASA의 수석 과학자 제럴드 소펜의 지시로 세 팀이 설계한 실험으로 화성 토양에서 생명체를 탐지하기 위한 생물학적 실험을 수행했다.한 실험은 신진대사의 검출(현생활)에 대해 양성으로 바뀌었지만, 토양에서 유기 분자를 발견하지 못한 다른 두 실험의 결과에 근거해, 대부분의 과학자들은 양성 결과가 고도로 산화되는 토양 [17]조건에서의 비생물학적 화학 반응에 의한 것일 수 있다고 확신하게 되었다.

바이킹 1호 착륙선이 가져간 모래 언덕과 큰 바위.
바이킹 1호 착륙선의 흙채취기가 파낸 참호.

비록 두 착륙 지점의 토양에서 바이킹 착륙선 결과가 결정적인 생체 신호를 보여주지 않았다는 NASA의 발표가 있었지만, 실험 결과와 그들의 한계점은 여전히 평가 중이다.LR(Labeled Release) 양성 결과의 유효성은 전적으로 화성 토양에 산화제가 없는가에 달려있었지만, 그 중 하나는 나중에 피닉스 착륙선에 의해 과염소산염 [18][19]형태로 발견되었다.바이킹 1호와 바이킹 2호가 분석한 토양에 유기화합물이 존재할 수 있었지만 2008년 [20]피닉스에 의해 검출된 과염소산염의 존재로 인해 눈에 띄지 않았다.연구원들은 과염소산염이 가열되면 유기물을 파괴하고 바이킹 착륙선이 [21]화성에서 같은 실험을 했을 때 발견한 것과 동일한 염소 화합물인 클로로메탄디클로로메탄을 생산할 것이라는 것을 발견했다.

화성의 미생물에 대한 문제는 아직 해결되지 않았다.그럼에도 불구하고, 2012년 4월 12일, 국제 과학자 팀은 1976년 바이킹 미션의 라벨 부착 해제 실험의 복잡도 분석을 통해 [22][23]"화성의 광범위한 미생물 생명체"의 발견을 제안할 수 있는 수학적 추측에 기초한 연구를 보고했다.또한 [24]2018년에는 가스 크로마토그래프 질량분석계(GCMS) 결과를 재조사하여 새로운 연구결과가 발표되었습니다.

카메라/이미징 시스템

영상 팀의 리더는 토마스 A였습니다. 로드 아일랜드 프로비던스에 있는 브라운 대학의 지질학자 머치.카메라는 가동식 미러를 사용하여 12개의 포토 다이오드를 조명합니다.12개의 실리콘 다이오드는 각각 다른 주파수의 빛에 민감하도록 설계되어 있습니다.착륙선에서 6~43피트 떨어진 거리에 정확하게 초점을 맞추기 위해 여러 개의 다이오드가 배치되어 있습니다.

카메라는 각각 512픽셀로 구성된 초당 5개의 수직 스캔 라인의 속도로 스캔했다.300도 파노라마 이미지는 9150개의 선으로 구성됐다.카메라의 스캔은 충분히 느리므로, 촬영 시스템의 개발중에 촬영된 촬영에서는, 카메라가 [25][26]스캔 되고 있는 동안, 몇명의 멤버가 스스로 움직이면서 몇번이나 촬영에 나타났다.

제어 시스템

바이킹 착륙선은 18K의 도금 와이어 메모리를 갖춘 두 의 허니웰 HDC 402 24비트 컴퓨터로 구성된 GCSC(Guidance, Control and Sequencing Computer)를 사용했고, 바이킹 궤도선은 두 개의 맞춤형 18비트 직렬 [27][28][29]프로세서를 사용한 명령 컴퓨터 서브시스템(CCS)을 사용했습니다.

바이킹 프로그램의 재정 비용

이 두 대의 궤도선은 당시 2억1700만 달러의 비용이 들었는데, 이는 2020년 약 10억 달러이다.[30][31]이 프로그램에서 가장 비싼 부분은 착륙선의 생명 탐지 장치로 당시 약 6000만 달러,[30][31] 2020년에는 3억 달러가 들었다.바이킹 착륙선 개발에는 3억5천700만 달러가 [30]들었다.이는 NASA의 "더 빠르고, 더 좋고, 더 저렴하게" 접근법이 시행되기 수십 년이었고, 바이킹은 냉전과 우주 경쟁의 여파가 가져온 국가적 압력 하에서 전례 없는 기술을 개척할 필요가 있었으며, 이 모든 것이 어쩌면 [30]처음으로 외계 생명체를 발견하게 될 것이라는 전망 아래 있었다.실험은 단 한 번의 고장이 둘 이상의 실험을 중단해서는 안 된다는 1971년 특별 지침을 준수해야 했습니다. 즉,[30] 40,000개 이상의 부품이 있는 장치에게는 어렵고 비용이 많이 드는 작업입니다.

바이킹 카메라 시스템은 개발하는 데 2730만 달러,[30][31] 즉 2020년에는 약 1억 달러가 들었다.Imaging 시스템 설계가 완료되었을 때,[30] 그 고급 설계를 제조할 수 있는 사람을 찾기가 어려웠습니다.프로그램 매니저들은 특히 뷰가 [30]롤인될 때 보다 단순하고 덜 진보된 이미징 시스템을 사용해야 한다는 압박에서 벗어났다는 평가를 받았습니다.그러나 이 프로그램은 세 번째 착륙선을 잘라내고 착륙선에 [30]대한 실험 횟수를 줄임으로써 비용을 절감했다.

NASA는 전체적으로 이 프로그램에 1970년대 10억 달러가 사용됐으며 2020년 물가상승률로 [4][5]환산하면 약 50억 달러가 [31]투입됐다고 밝혔다.

미션 종료

이 모든 것이 결국 하나씩 실패했는데,[1] 다음과 같다.

공예 도착일자 종료일 동작 수명 실패 원인
바이킹 2호 궤도선 1976년 8월 7일 1978년 7월 25일 1년 11개월 18일 추진 시스템에서 연료가 누출된 후에는 셧다운하십시오.
바이킹 2호 착륙선 1976년 9월 3일 1980년 4월 11일 3년 7개월 8일 배터리 장애 후 셧다운합니다.
바이킹 1호 궤도선 1976년 6월 19일 1980년 8월 17일 4년 1개월 19일 자세 컨트롤 연료 고갈 후 셧다운합니다.
바이킹 1호 착륙선 1976년 7월 20일 1982년 11월 13일 6년 3개월 22일 소프트웨어 업데이트 중 인위적인 오류로 인해 랜더의 안테나가 다운되어 전원과 통신이 중단되었습니다.

바이킹 프로그램은 1983년 5월 21일에 끝났다.화성과의 임박한 충돌을 막기 위해 바이킹 1호 궤도선은 10일 후 정지되기 전인 1980년 8월 7일 발사됐다.2019년부터는 [4]행성 표면에 대한 충격과 잠재적 오염이 가능하다.

바이킹 1호 착륙선은 2006년 12월 화성 정찰궤도선에 의해 착륙 예정지에서 약 6km 떨어진 곳에서 발견되었다.[32]

메시지 아티팩트

(외계 기념물 목록카테고리 참조:메시지 아티팩트)

각각의 바이킹 착륙선들은 임무를 [33]수행한 수천 명의 사람들의 이름이 담긴 작은 점의 마이크로필름을 가지고 있었다.이전의 몇몇 우주 탐사선들은 파이오니어 명판보이저 골든 레코드와 같은 메시지 유물을 운반했다.이후 탐사선에는 이 임무에 자신들의 이름을 포함시키기 위해 서명한 거의 1100만 명의 사람들을 인식하는 Perteance Rover와 같은 기념물이나 이름 목록도 실려 있었다.

바이킹 착륙선 위치

Acheron FossaeAcidalia PlanitiaAlba MonsAmazonis PlanitiaAonia PlanitiaArabia TerraArcadia PlanitiaArgentea PlanumArgyre PlanitiaChryse PlanitiaClaritas FossaeCydonia MensaeDaedalia PlanumElysium MonsElysium PlanitiaGale craterHadriaca PateraHellas MontesHellas PlanitiaHesperia PlanumHolden craterIcaria PlanumIsidis PlanitiaJezero craterLomonosov craterLucus PlanumLycus SulciLyot craterLunae PlanumMalea PlanumMaraldi craterMareotis FossaeMareotis TempeMargaritifer TerraMie craterMilankovič craterNepenthes MensaeNereidum MontesNilosyrtis MensaeNoachis TerraOlympica FossaeOlympus MonsPlanum AustralePromethei TerraProtonilus MensaeSirenumSisyphi PlanumSolis PlanumSyria PlanumTantalus FossaeTempe TerraTerra CimmeriaTerra SabaeaTerra SirenumTharsis MontesTractus CatenaTyrrhen TerraUlysses PateraUranius PateraUtopia PlanitiaValles MarinerisVastitas BorealisXanthe TerraMap of Mars
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(「」도 참조해 주세요.Mars map; Mars Memorials map/list)
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Gerald Soffen Memorial Station

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g h i j Williams, David R. Dr. (December 18, 2006). "Viking Mission to Mars". NASA. Retrieved February 2, 2014.
  2. ^ Nelson, Jon. "Viking 1". NASA. Retrieved February 2, 2014.
  3. ^ Nelson, Jon. "Viking 2". NASA. Retrieved February 2, 2014.
  4. ^ a b c "Viking 1 Orbiter spacecraft details". NASA Space Science Data Coordinated Archive. NASA. March 20, 2019. Retrieved July 10, 2019.
  5. ^ a b "Viking 1: First U.S. Lander on Mars". Space.com. Retrieved December 13, 2016.
  6. ^ Johnston, Louis; Williamson, Samuel H. (2022). "What Was the U.S. GDP Then?". MeasuringWorth. Retrieved February 12, 2022. 미국 국내 총생산 디플레이터 수치는 Measuring Worth 시리즈를 따릅니다.
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