유럽의 우주공항, 역사적인 Webb 임무를 위한 준비된 주요 발사기 – Spaceflight Now

아리안 5 로켓이 목요일 가이아나 우주 센터의 ELA-3 발사장에 도착하고 있다. 제임스 웹 우주 망원경이 궤도에 오르기 전 마지막 기항지이다. 크레딧: ESA / S. Korvaja

프랑스령 기아나의 팀은 목요일 유럽 아리안 5호 로켓을 발사 블록에 넣고 거의 100억 달러에 달하는 제임스 웹 우주 망원경으로 크리스마스 아침 이륙을 준비하며 지구를 떠난 가장 비싼 과학 장비입니다.

가이아나 우주 센터의 최종 조립 건물에서 들어올려진 180피트(54.8미터) 로켓은 디젤 동력 Titan 트럭에 의해 트윈 레일 트랙을 따라 Jungle Spaceport의 ELA-3 발사대로 견인되었습니다.

플랫폼에 도착한 로켓과 로켓의 모바일 플랫폼은 금요일 밤에 시작되는 야간 카운트다운을 준비하기 위해 시설의 전력, 데이터 및 연료 시스템에 연결되었습니다.

Ariane 5 로켓의 발사 운영자인 Arianespace는 두 개의 우주공항 관제 센터에서 카운트다운을 감독할 것입니다. Ariane 5는 토요일 오전 2:30 EDT(0730 GMT)에 극저온 액체 수소 및 산소 추진기로 구동되며 최종 발사 전 기술 및 날씨 점검은 EDT(1220 GMT) 그리니치 표준시(EDT) 오전 7:20에 완료됩니다.

Ariane 5는 1996년 이후로 111번 발사되었습니다. 초기에 몇 차례의 실패(첫 번째 Ariane 5는 이륙 후 1분도 채 되지 않아 폭발했습니다) 이후에 유럽 Heavy Lift 96은 마지막 97개 임무에서 성공했습니다.

몇 개의 상업용 위성이 Ariane 5 로켓에 발사되었으며 유럽 우주국의 BepiColombo 임무가 수성으로 가는 도중에 그리고 European Rosetta 탐사선도 Ariane 5 로켓 위에 지구를 떠났습니다.

가이아나 우주 센터에 있는 Webb의 발사 지점은 프랑스 우주국 CNES에서 운영하고 있습니다. 1968년부터 사용 중인 우주 정거장은 수리남과 브라질 사이에 끼인 아일랜드 크기의 프랑스 해외 영토인 프랑스령 기아나의 아마존 열대 우림 가장자리에서 조각되었습니다.

프랑스 정부는 알제리 독립 이후 사하라 사막의 첫 발사 기지를 대체할 우주 기지로 프랑스령 기아나를 선택했습니다.

이 지역은 우주 비행에 낯설지 않습니다. 가이아나 우주 센터에서 300개 이상의 대형 로켓이 발사되었습니다.

남아메리카의 열대 국경에 위치한 가이아나 우주 센터의 ESA 운영 책임자인 Charlotte Bisko는 “웹사이트는 순전히 규모와 고객 때문에 다양합니다. 그녀는 우주 센터(Space Center)의 프랑스어 약어를 언급하며 “물론 CSG에 NASA가 주도하는 주요 제품이 매일 있는 것은 아닙니다.

“우리가 받는 언론의 관심 측면에서 다릅니다.”라고 그녀는 말했습니다. “이것은 전 세계에 영향을 미치는 중요한 출시입니다. 우리는 그것이 우리의 운영 방식에 영향을 미치지 않기를 바랍니다. 우리는 항상 같은 수준을 유지하지만 분명히 모든 사람에게 약간의 정서적 스트레스가 있을 것입니다.”

피스코는 우주공항의 승무원들이 “이 문제에 최선을 다하고 있다”고 말했다. 우리는 그것이 독특한 전망대라는 것을 압니다. 제작 기간이 10~20년이고 수천 명의 사람들이 작업했으며 이는 매우 중요하며 우리는 무엇이 문제인지 잘 알고 있습니다.”

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이 임무는 토요일에 32분의 발사 시간을 가지며, 문제로 인해 크리스마스 아침에 지구에 아리안 5호가 남게 되면 일요일에 동시에 발사할 수 있습니다.

로켓의 1차 단계는 이륙 7초 전에 수소 연료를 사용하는 Vulcan 2 주 엔진에 불을 붙입니다. 컴퓨터로 제어되는 상태 점검 후, 로켓은 각각 미리 채워진 연료 분말 세 부분이 있는 이중 고체 로켓 부스터에 불을 붙이라는 명령을 내립니다.

폭격기는 290만 파운드의 추력으로 플랫폼에서 경주하고 대서양을 가로질러 동쪽으로 향하여 40초 동안 음속을 초과합니다. 부스터는 Plus+ 2분 21초에서 타서 지워지고 Plus + 3분 26초에서 스위스제 Ariane 5 페이로드 덮개가 분리되어 Webb가 처음으로 우주에 노출됩니다.

180피트(54.8미터)의 아리안 5 로켓이 제임스 웹 우주 망원경과 함께 프랑스령 기아나의 발사대에 서 있습니다. 크레딧: ESA / CNES / Arianespace / P. Boudon

로켓의 프랑스산 핵심 스테이지는 망원경의 일부가 극도의 열이나 추위에 노출되지 않도록 관측소를 열 평형 상태로 유지하기 위해 원형 기동을 수행합니다. 메릴랜드주 볼티모어에 있는 우주 망원경 과학 연구소의 Webb의 제어 팀은 순양함이 로켓에서 분리되면 우주선에서 첫 번째 신호를 수신할 것으로 기대하고 있습니다.

베이스 스테이지는 Plus+ 8분 41초에서 연소를 끝내고 잠시 후 독일에서 제작된 Ariane 5의 상부 스테이지에서 스테이지를 분리하고 HM7B 엔진을 점화합니다.

자체 냉각수 연료를 소비하는 상위 단계 엔진은 지구에서 멀리 떨어진 빠른 트랙에서 Webb 천문대를 가속하기 위해 16분 동안 연소됩니다. 엔진의 목표 속도는 22,145mph(초당 9.9km)입니다.

3층 전망대는 아리안 5호의 상부에 있는 보조 설비에서 Plus+ 27분 7초에 발사됩니다.

몇 분 후 Webb는 우주선의 배터리 충전을 시작하기 위해 전력을 생성하는 태양 전지판을 확장할 것입니다. Webb는 Ariane 5 로켓을 타고 30분 동안 비행하는 동안 내부 배터리 전원으로 실행됩니다.

발사 다음 날 조종 가능한 안테나가 열리고 테니스 코트 크기의 자외선 차단제가 열리면서 Webb의 적외선 기기와 거울을 작동 온도가 화씨 영하 388도, 절대 영도보다 40도 높은 온도로 냉각되기 시작합니다.

각각 18개의 거울 조각 중 3개를 포함하는 2개의 경첩이 달린 날개가 제자리에 고정되어 기본 거울이 최종 모양에 도달하도록 합니다. 붐은 보조 미러와 함께 전파되어 기본 미러에서 수집한 빛을 고급 적외선 감지기 어레이가 있는 Webb 기기 모듈로 직접 반사시키기 위해 바로 오른쪽에 정렬됩니다.

웹은 한 달 안에 지구에서 100만 마일(150만 km) 떨어진 중력적으로 안정적인 위치인 L2 라그랑주 지점 주위의 궤도에 도착할 것입니다. 원격 제어를 사용하여 Webb를 작동하는 지상 팀은 거울을 완벽하게 정렬하는 데 앞으로 5개월을 보내고 망원경이 최종 작동 온도에서 안정화될 때 초점을 맞춥니다.

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6개월 후에 Webb는 공개 공개를 위해 첫 번째 과학 사진을 찍을 것입니다.

임무는 빛 스펙트럼의 가시 부분에서 보는 허블과 같은 망원경을 위해 어두운 별 형성 영역을 연구하기 위해 먼지 구름을 통해 볼 것입니다. Webb의 집광 능력은 또한 과학자들이 다른 항성 주변의 행성 대기의 화학적 조성을 측정할 수 있게 하여 처음으로 생명체가 살 수 있는 외계 세계를 드러낼 것입니다.

웹은 약 138억년 전 빅뱅 이후 첫 번째 빛을 찾기 위해 우주를 탐색할 예정이다.

James Webb 우주 망원경이 공개한 Ariane 5 로켓의 배치 중 운반된 탑재량의 예술가의 그림. 크레딧: ESA/D. Ducrosse

NASA는 총 88억 달러에 달하는 Webb 비용의 대부분과 5년 동안 천문대를 운영하는 데 드는 연간 예산 1억 7000만 달러 이상을 부담합니다. 유럽 ​​우주국(European Space Agency)은 Ariane 5 로켓의 발사를 발표하고 4개의 Webb 장비 중 2개의 개발을 주도했습니다. 캐나다 우주국(Canadian Space Agency)은 이 임무의 세 번째 파트너로, 천체 표적을 가리킬 때 Webb를 안정적으로 유지하는 데 도움이 되는 센서를 제공합니다.

유럽 ​​및 캐나다 우주국(European and Canadian Space Agency)의 기부는 거의 10억 달러에 달했으며, 운영을 포함한 Webb의 총 비용은 거의 110억 달러로 역사상 가장 비싼 우주 과학 임무가 되었습니다.

Ariane 5는 기수 캡 높이가 56피트(17m)이고 직경이 18피트(5.4m)인 오늘날 비행하는 미사일 중 가장 큰 탑재량을 가지고 있습니다. Webb는 볼륨을 채 웁니다. 일부 지역에서는 우주선과 페어링의 내벽 사이에 8인치(20cm)의 공간만 있습니다.

ESA, Arianespace 및 페어링 제조업체인 RUAG는 감압 이벤트가 이륙 후 통풍 지연에서 Webb 관측소를 손상시킬 수 있다는 우려를 해결하기 위해 Ariane 5의 페이로드 슈라우드에 있는 통풍구 디자인을 변경했습니다. 엔지니어들은 선스크린의 접힌 Webb 필름에 갇힌 잔류 공기가 기포를 일으키거나 공기역학적 분리 시 갑자기 팽창할 수 있다고 우려했습니다.

조리개를 조정하면 로켓이 대기 위로 올라갈 때 선바이저 사이에 공기가 끼지 않도록 하는 데 도움이 됩니다. Webb의 공기 역학은 또한 망원경의 광학 장치가 오염되지 않도록 하기 위해 더 엄격한 위생 표준에 맞게 설계되었습니다.

Webb의 우주 비행은 전형적인 Ariane 5 비행에서 다른 많은 변형이 있습니다.

상단 무대의 전방 카메라는 발사 27분 후 로켓을 들어올리는 6.8톤(6.2미터톤) 관측소의 모습을 포착합니다.

상단 스테이지에는 Webb 배치 후 추가 기동성을 위한 추가 배터리 팩이 있습니다. 이 “수명 종료” 기동은 상단 엔진을 통해 연소되지 않은 잔여 추진제를 방출하여 로켓을 Webb에서 멀어지게 하는 추진력을 제공하는 것을 포함합니다.

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이 기동은 로켓과 천문대 사이의 충돌 위험을 제거할 것입니다. 둘 다 태양계와 유사한 경로에 있습니다.

Ariane 5 로켓의 탑재체 이미지 내부에 있는 James Webb 우주 망원경의 그림. 제공: ArianeGroup

천문학자들이 Webb가 될 임무의 개념에 대한 작업을 시작했을 때 Ariane 5는 처음으로 발사되지 않았습니다. 이제 Ariane 5는 실행이 거의 끝나가고 있습니다. Webb 이후에는 유럽에서 새로운 Ariane 6 미사일을 위해 퇴역하기 전에 5대의 Ariane 5만 더 비행할 수 있습니다.

NASA ESA와 Arianespace 엔지니어들은 Webb 발사에 대한 로켓의 준비 상태를 평가하는 데 도움을 주었습니다. 케네디 우주 센터의 발사 서비스 프로그램은 기관의 과학 임무를 우주로 수행하는 발사에 대한 감독을 제공하며 제임스 웹 우주 망원경의 자문 역할을 맡았습니다.

케네디의 발사 책임자인 오마르 바에즈(Omar Baez)는 최근 Spaceflight Now와의 인터뷰에서 “이것이 우리가 외국 우주선에 이 우주선을 발사하는 이유에 대한 일부 사람들의 감정이나 인식을 진정시키는 데 도움이 된다고 생각합니다.”라고 말했습니다.

Bayes는 20년 전 프랑스령 기아나 쿠루에 있는 Ariane 5호 발사 기지를 처음 방문하여 프랑스 우주국 CNES가 운영하는 우주공항의 시설 평가를 시작했다고 말했습니다.

Baez는 “당신이 Arianespace와 CNES를 상대하고 있고 외국 에이전트이기 때문에 민감하지만 우리는 정말 잘 협력했습니다.”라고 말했습니다.

그는 NASA가 Webb의 발사에 앞서 ESA 및 Arianespace와 협력할 컨설턴트로 우주선 처리, 임무 통합 및 위험 관리 전문가를 임명했다고 말했습니다.

Baez는 “우리의 위험 관리자는 프랑스와 ESA가 Arianespace가 가질 수 있는 문제를 해결하는 방법을 추적해 왔으며 정부 기관의 예측 및 감독 측면에서 우리가 가지고 있는 시스템과 매우 유사합니다”라고 말했습니다. “그래서 우리는 소중한 화물 중 하나를 비행할 때 보여주는 것과 같은 종류의 엄격함이 있음을 확인함으로써 통찰력의 일부를 인정합니다.”

Bayes는 Kennedy Space Center에 기반을 둔 NASA 엔지니어들이 상승하는 동안 Ariane 5의 압력을 낮추는 방법에 대한 문제를 파악하는 데 “매우 효과적”이었다고 말했습니다.

Baez는 “우리는 프랑스 파트너와 협력하여 해당 환경을 포착한 이전 항공편에 순항 메커니즘을 설정하고 정확한 정보를 얻을 수 있도록 했습니다.”라고 말했습니다. “그리고 사실, 우리는 문제를 발견했습니다. 우리는 내성적인 사람들이 성장할 때 적절하게 배출할 수 있는 계획을 세워야 했습니다.”

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