스타더스트 (우주선) document_id A220623143126

스타더스트(Stardust)는 미국 항공우주국이 1999년 2월 7일 발사한 무게 300kg의 무인 우주 탐사선이다. 주요 임무로는 빌트 2 혜성의 코마에서 나오는 혜성 먼지와 우주 먼지를 채집하여 지구로 보내는 것으로, 최초의 표본 회수 임무였다. 빌트 2 혜성으로 가는 도중 소행성 5535 안네프랑크에도 접근하여 탐사했다. 2006년 1월 15일, 표본 회수 캡슐이 지구로 돌아옴으로써 성공적으로 임무를 완료하였다. 2011년 2월 혜성 템펠 1으로 향하는 'NExT'라는 이름의 확장 임무가 시작되었다. 템펠 1은 2005년 딥 임팩트 탐사선이 방문했던 태양계 소천체였다. 접근통과 후인 2011년 3월 마지막 확인 신호를 보낸 후 탐사선의 모든 동작은 중단되었다. 2014년 8월 14일, 과학자들은 2006년 지구로 돌아온 표본에서 항성간 먼지를 식별하였다고 발표하였다. 임무 배경 >> 역사 1980년부터 과학자들은 전문적인 혜성 연구 임무를 추진하기 시작했다. 1990년대 초, 핼리 혜성에 접근하여 근접 자료를 보내오는 혜성분야 최초의 임무가 성공하였다. 하지만, 또다른 임무인 미국의 "혜성 랑데부 소행성 플라이바이"는 예산 부족을 이유로 취소되었다. 1990년대 중반, 돈이 덜드는 디스커버리급 미션이 발표되었고, 그 내용은 2004년 빌트 2 혜성으로 가는 것이었다. 이 계획은 과학기술 경쟁력 제고와 저비용이라는 디스커버리 계획의 목표를 만족시킨다는 판단으로 1995년 가을에 선정되었다. 에어로젤에 시속 1600km로 부딪힐 예정이여서 어떤 미생물도 죽을 것으로 판단되었다. 우주선의 설계, 조립, 운영은 콜로라도주 덴버에 위치한 록히드 마틴사가 맡았다. 해당 사의 제트 추진 연구소는 중요한 작업과 관해 NASA 산하부서의 관리권을 일임하였다. 연구 책임자는 워싱턴 대학교의 도널드 브라운리 박사이다. 자세 제어 및 추진 탐사선에는 3축 안전 방식으로 4.41 N의 힘을 내는 하이드라진 단일 추진제 로켓 8개와 자세 제어용인 1N짜리 8개의 로켓이 실려있었다. 이 8개의 로켓들은 자세 제어는 물론 궤도 조정 때에도 쓰였다. 탐사선은 80 kg 무게의 단일 추진제와 같이 발사되었다. 탐사선의 위치와 자세에 대한 정보는 별추적기와 자이로스코프, 두 개의 태양 감지계를 사용해서 얻었다. 스타더스트 마이크로칩 스타더스트는 한 변이 10.6cm인 정사각형 모양을 가진 실리콘 웨이퍼 두 세트와 같이 발사되었다. 각 쌍에는 1997년 말부터 1998년 중반까지 인터넷 양식을 작성해 인터넷 봉사 활동에 참여한 사람들의 이름이 빽빽하게 적혀 있었다. 마이크로칩 한 개는 본체에, 다른 한 개는 표본 회수 캡슐에 부착되었다. 안네프랑크와의 만남 2002년 11월 2일 협정 세계시 4시 50분 20초, 스타더스트는 소행성 5535 안네프랑크에서 3079 km 떨어진 곳을 지났다. 태양의 위상 각도는 관찰을 수행할 동안 130~47도로 측정되었다. 이 만남은 빌트 2 혜성과의 만남을 준비하는 차원에서 탐사선과 지상의 장비 점검을 위해 이용되었다. 상대 속도는 6.1 km/s였고, 237km의 거리를 가지고 태양 쪽을 향해 통과했다. 원래 접근 거리는 150km였지만, 안전성 심의 위원회는 엄청난 먼지와의 충돌 가능성을 최소화해 접근 거리가 증가시켰다. 템펠 1을 향하는 새로운 탐사 계획 (NExT) 2006년 3월 19일, 과학자들은 템펠 1 혜성에 탐사선을 다시 보내는 계획을 검토하고 있다고 밝혔다. 이 혜성은 2005년 혜성과 충돌하는 계획의 탐사선 딥 임팩트가 향했던 곳이다. 이 임무는 당시 충돌에 의해 발생한 먼지 때문에 촬영에 실패했던 충돌 지역의 사진을 확보하기 위한 중요한 임무였다. 2007년 7월 1일, 임무 확장이 허가되고 확장 임무는 "템펠 1을 향하는 새로운 탐사 계획"(New Exploration of Tempel 1, NExT)이라고 이름 붙여졌다. 이 탐사는 혜성이 태양에 가까이 다가가서 생기는 변화를 관찰할 수 있는 기회였다. 또한, 그 당시까지 가장 지도 작성이 잘 되어 있던 템펠 1의 지도 작성을 계속 진행한다. 이 지도 작성은 혜성의 지질학적 의문점을 해결하는 데 도움을 줄 수 있었다. 이 근접 통과로 인해 탐사선의 모든 연료를 다 쓸 것으로 예상되었고, 그 후에는 탐사선의 자세를 조작할 수 없어 통신이 끊어지리라 예상되었다. 보조 목적은 다음과 같다. 템펠 1과의 만남 2011년 2월 15일 협정 세계시 04시 42분 0초에 스타더스트-NExT 탐사선은 템펠 1에서 181 km 떨어진 곳을 지나쳐 갔다. 약 72개의 사진을 보내 왔다. 충돌에 의한 지형의 변화를 보여주고, 딥 임팩트에서 보이지 않았던 혜성의 구조를 밝혔다. 딥 임팩트의 충돌 지역도 관찰되었는데, 충돌로 뿜어져 나온 물질이 다시 내려앉으면서 겨우 볼 수 있을 수준이었다. 확장된 임무의 종료 2011년 3월 24일, 스타더스트는 남아 있는 연료를 없애기 위해 엔진을 분사했다. 탐사선에는 약간의 연료가 남아 있었고, 과학자들은 탐사선의 연료량을 정확하게 알 수 있는 시스템 개발에 도움이 되는 정보를 얻기를 원했다. 정보를 모두 얻은 후, 안테나를 조종할 수 없었기에 통신기의 전원을 꺼야 했다. 탐사선은 3억 1200만 킬로미터 멀리 우주 공간에서 마지막 확인 신호를 보냈다. 표본 회수 2006년 1월 16일 협정 세계시 05시 57분, 표본 회수 캡슐이 스타더스트 본체와 성공적으로 분리되고 09시 57분에 지구 대기권에 진입했다. 재진입 속도는 12.9 km/s로, 인간에 의해 만들어진 물체 중 가장 빠른 재진입 속도를 기록했다. 캡슐은 110초 동안 마하 36의 아음속 속도로 진입하는 급격한 재진입 절차를 따랐다. 최대 가속도는 34'g'까지 올라갔고, 재진입 중 40초 동안 위쪽으로 55 km 정도 떨어진 스프링크리크 위를 통과했다. 캡슐은 최종적으로 유타 실험 및 교육 지역(W)에 협정 세계시 10시 10분에 착륙했고, 이 곳은 미국 육군 소속인 생화학 병기 실험소(Dugway Proving Ground)에서 가까운 곳이었다. 캡슐은 유타에서 휴스턴에 있는 엘링턴 공군 기지로 보내진 다음, 분석을 시작하기 위해 휴스턴에 있는 존슨 우주 센터의 행성 물질 큐레이터 시설로 옮겼다. NASA 관계자는 보안 위협 같은 것이 없더라도 자료를 "신중히" 비밀스럽게 전송하라고 지시했다고 주장했다. 약 100만 개의 미시 먼지들이 에어로젤 수집기에 들어 있다고 생각되었으며, 먼지들은 크기가 적어도 100 마이크로미터(0.1 mm)였고, 가장 큰 것은 1000 마이크로미터(1 mm)였다. 약 45개의 성간 먼지 충돌 흔적도 수집기의 뒷면에서 발견되었다. 먼지 입자는 분산 컴퓨팅 프로젝트인 Stardust@Home을 통해 자원 봉사 형식으로 분석되고 있다. 2006년 12월, 일곱 장의 논문이 사이언스 저널에 실림으로써 표본 분석 초기 상황에 대해 논의되었다. 조사 결과는 생물학적으로 이용 가능한 질소를 포함해서 2종류의 유기 화합물이 광범위하게 발견되었다. 확산된 성간 매질보다 더 긴 사슬을 가지고 있는 고유의 지방족 탄화수소가 있었다. 예컨대 비정질 규산염은 감람석이나 휘석을 결정화시킨다. 이전에 분광학을 이용해 추론되었던 태양계 물질과 성간 물질의 혼합의 일관성을 증명했다. 수화 규산염이나 탄산염 같은 광물은 없는 것으로 밝혀졌고, 이는 혜성 먼지가 물이 없는 상태였음을 나타냈다. 제한된 양의 순수한 탄소 또한 표본에서 발견되었다. 메틸아민과 에틸아민도 에어로젤에서 발견되었지만, 특정 입자와는 관계가 없었다. 2011년 4월, 애리조나 대학교의 과학자들은 빌트 2 혜성에 액체의 물이 존재한다는 증거를 발견했다. 철과 황화 구리가 발견되었으며, 이 광물들은 물이 존재할 때 생겨난다. 이 발견은 혜성이 결코 자신에게 있는 얼음을 녹일 정도로 따뜻하지 않다는 기존의 이론을 무너트렸다. 2014년 봄, 스타더스트에서 성간 먼지 입자가 회수되었다고 발표되었다. 결과 혜성의 표본은 초기 태양계의 외부 지역은 고립되지 않았으며, 성간 먼지가 살아남을 수 있는 피난처가 되지 않았음을 나타냈다. 자료는 고온의 태양계 내부에서 물질들이 생겨나고, 카이퍼 대 지역으로 옮겨갔음을 나타냈다. 2009년 미국 항공우주국의 과학자들은 혜성의 근본적인 초기 상태의 구성 성분 중 하나를 식별했다고 발표하였다. 아미노산 중 하나인 글라이신이 2004년 빌트 2 혜성에서 뿜어져 나왔고 스타더스트에 의해서 잡혔다. 글라이신은 전에 운석에서도 발견되었으며, 성간 가스 구름에서도 관측된다. 하지만 혜성에서 글라이신이 나온 것은 처음이다. 동위원소 분석 결과는 생명이 생기기 전 후기 운석 대충돌기에 혜성 또한 지구에 충돌했음을 나타낸다. NASA의 우주 생물학 연구소의 대표인 칼 필처는 이 발견에 대해 "혜성에서 글라이신이 발견된 것은 생명이 기본적인 쌓기나무 같은 곳에서 널리 퍼졌다는 이론을 뒷받침하고, 우주에서의 생명 존재 여부는 공통적으로 희박하다는 주장에 힘을 실어준다." 라고 밝혔다.