NASA, 달에 55파운드 큐브위성인 캡스톤(Capstone) 발사

앞으로 NASA는 달에서 바쁠 것입니다.

거대한 로켓은 아마도 여름이 끝나기 전에 달 주위에 우주인이 탑승하지 않은 채로 캡슐을 띄울 것입니다. 로봇 착륙선의 퍼레이드는 특히 극지방에 갇힌 얼음에 관한 많은 과학적 데이터를 수집하기 위해 달에 대한 실험을 중단할 것입니다. 몇 년 후, 우주 비행사는 마지막 아폴로 달 착륙 이후 반세기가 넘은 그곳으로 돌아올 것입니다.

이것들은 모두 그리스 신화에서 아폴로의 쌍둥이 자매인 아르테미스의 이름을 따서 명명된 NASA의 21세기 달 프로그램의 일부입니다.

월요일 이른 아침, CAPSTONE이라는 우주선이 달로 향하는 Artemis의 첫 번째 조각으로 발사될 예정입니다. 뒤따르는 것과 비교하면 규모와 범위가 적당합니다.

캡스톤에는 우주 비행사가 없을 것입니다. 우주선은 너무 작아서 전자 레인지만큼 큽니다. 이 로봇 탐사선은 달에도 착륙하지 않을 것입니다.

그러나 이것은 이전의 달 탐사와 여러 면에서 다릅니다. NASA가 행성 간 항해에 대한 더 나은 수익을 얻기 위해 미래에 착수할 수 있는 민관 파트너십의 템플릿 역할을 할 수 있습니다.

NASA의 임무를 관리하는 회사인 Advanced Space의 CEO이자 사장인 Bradley Cheetham은 “NASA는 이전에 달에 갔지만 이렇게 조립된 적이 있는지 확신할 수 없습니다.”라고 말했습니다.

출시 범위 NASA 텔레비전에서 월요일 동부 표준시 오전 5시에 시작됩니다. 로켓은 정확한 궤적에 우주선을 띄우기 위해 오전 5시 50분에 정확한 시간에 발사되어야 합니다.

임무의 전체 이름은 Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment입니다. 그것은 유인 우주 정거장이 결국 Artemis의 일부로 건설될 달 궤도의 정찰기 역할을 할 것입니다. 게이트웨이(Gateway)라는 이름의 그 전초 기지는 미래의 승무원이 달 표면으로 계속 이동하기 전에 멈추는 중간 정거장 역할을 할 것입니다.

캡스톤은 여러 면에서 NASA에서 이례적인 것입니다. 하나는 플로리다가 아닌 뉴질랜드의 발사대에 있습니다. 둘째, NASA는 CAPSTONE을 설계하거나 제작하지 않았으며 운영하지도 않습니다. 에이전시는 소유조차 하지 않습니다. CAPSTONE은 덴버 교외에 있는 45명의 직원이 있는 Advanced Space에 속해 있습니다.

우주선은 느리지만 효율적인 궤도를 타고 달에 도착하여 11월 13일에 도착합니다. 날씨나 기술적인 문제로 인해 로켓이 즉각적인 발사 순간을 놓치면 7월 27일까지 추가 기회가 있습니다. 우주선이 내리면 그때까지 지상에 착륙하면 같은 날인 11월 13일에 여전히 달 궤도에 도달할 것입니다.

CAPSTONE 임무는 더 낮은 비용으로 더 빨리 추가 기능을 얻기 위해 민간 기업과 새로운 방식으로 협력하려는 NASA의 노력을 계속합니다.

NASA의 관리자인 Bill Nelson은 “NASA가 알아내고 비용을 줄이는 데 필요한 것을 찾는 또 다른 방법입니다.

2019년에 체결된 CAPSTONE에 대해 Advance Space와 NASA의 계약에는 2천만 달러가 들었습니다. CAPSTONE의 우주 비행은 작고 저렴합니다. 미국-뉴질랜드 기업인 Rocket Lab 그것은 궤도에 작은 페이로드를 전달하는 리더입니다.

NASA의 소형 우주선 기술 프로그램 책임자인 크리스토퍼 베이커(Christopher Baker)는 “3년 이내에 3천만 달러 미만이 될 것”이라고 말했습니다. “비교적 빠르고 상대적으로 저렴한 비용.”

베이커 씨는 “나는 이것을 지구 너머의 상업적 임무를 촉진하는 데 어떻게 도울 수 있는지에 대한 길잡이로 보고 있다”고 말했다.

CAPSTONE의 주요 임무는 6개월 동안 지속되는 것이며 추가 1년의 가능성도 있다고 Dr. Cheetham은 말했습니다.

수집한 데이터는 게이트웨이로 알려진 달 전초 기지의 계획가에게 도움이 될 것입니다.

도널드 J. 트럼프 대통령이 2017년에 그의 행정부의 우주 정책의 최우선 순위는 우주인을 달로 보내는 것이라고 선언했을 때 NASA의 유행어는 “재사용 가능”하고 “지속 가능”했습니다.

그로 인해 NASA는 달 주변의 우주 정거장을 우주 비행사가 달 표면에 도달하는 방법의 핵심 요소로 만들었습니다. 그러한 준비 장소는 그들이 달의 다른 부분에 더 쉽게 도달할 수 있도록 해줄 것입니다.

현재 2025년으로 예정되어 있지만 연기될 가능성이 있는 첫 번째 아르테미스 상륙 임무는 게이트웨이를 사용하지 않습니다. 그러나 후속 임무는 계속됩니다.

NASA는 이 전초 기지를 배치하기에 가장 좋은 곳이 거의 직선에 가까운 후광 궤도라고 결정했습니다.

헤일로 궤도는 두 물체(이 경우 지구와 달)의 중력에 영향을 받는 궤도입니다. 두 물체의 영향은 궤도를 매우 안정적으로 만드는 데 도움이 되며 우주선이 달을 도는 데 필요한 추진제의 양을 최소화합니다.

중력 상호 작용은 또한 궤도를 지구에서 보이는 시선에 대해 약 90도 각도로 유지합니다. (이것은 이름에서 거의 직선에 가까운 부분입니다.) 따라서 이 궤도에 있는 우주선은 통신이 끊어지는 달 뒤를 절대 지나가지 않습니다.

게이트웨이가 여행할 궤도는 달의 북극에서 약 2,200마일 이내에 도달하고 남극을 지나갈 때 44,000마일까지 루프를 돌게 됩니다. 달을 한 바퀴 도는 데 일주일 정도 걸립니다.

기본 수학의 관점에서, 거의 직선에 가까운 후광 궤도와 같은 이국적인 궤적은 잘 알려져 있습니다. 그러나 이것은 또한 우주선이 이전에 가본 적이 없는 궤도이기도 합니다.

따라서 캡스톤.

Gateway의 프로그램 관리자인 Dan Hartman은 “우리는 매우 잘 특성화되어 있다고 생각합니다.”라고 말했습니다. “하지만 이 특정 CAPSTONE 페이로드를 사용하면 모델을 검증하는 데 도움이 될 수 있습니다.”

실제로, 정확한 위치를 찾아내기 위해 달 주변의 위성 위치 확인 시스템이 없으면 우주선을 원하는 궤도에 유지하는 최선의 방법을 알아내는 데 몇 가지 시행착오가 필요할 수 있습니다.

Cheetham 박사는 “가장 큰 불확실성은 실제로 당신이 어디에 있는지 아는 것입니다.”라고 말했습니다. “당신은 우주에서 당신이 어디에 있는지 실제로 알지 못합니다. 따라서 항상 주변에 불확실성이 있는 위치에 대한 추정치를 가지고 있습니다.”

다른 NASA 임무와 마찬가지로 CAPSTONE은 다음을 사용하여 위치 추정치를 삼각 측량합니다. NASA의 Deep Space Network에서 보내는 신호 라디오 접시 안테나를 사용하고 필요한 경우 달에서 가장 먼 지점을 통과한 직후 원하는 궤도로 다시 이동합니다.

CAPSTONE은 또한 위치를 찾는 다른 방법도 테스트할 것입니다. 달 주위에 GPS 네트워크를 구축하는 데 시간과 비용을 들이는 사람은 없을 것입니다. 그러나 다음을 포함한 다른 우주선이 있습니다. NASA의 달 정찰 궤도선, 달을 도는 등이 앞으로 몇 년 안에 더 많이 도착할 것입니다. 서로 통신함으로써 서로 다른 궤도에 있는 우주선 함대가 본질적으로 임시 GPS를 설정할 수 있습니다.

Advanced Space는 7년 이상 이 기술을 개발해 왔으며 이제 Lunar Reconnaissance Orbiter와 함께 신호를 주고받는 CAPSTONE으로 개념을 테스트할 예정입니다. Cheetham 박사는 “시간이 지나면 두 우주선이 어디에 있는지 결정할 수 있을 것입니다.”라고 말했습니다.

CAPSTONE 개발을 시작하면서 Advanced Space는 우주선에 컴퓨터 칩 크기의 원자 시계를 추가하고 그 시간을 지구에서 방송되는 시간과 비교하기로 결정했습니다. 이 데이터는 우주선의 위치를 ​​정확히 찾아내는 데도 도움이 될 수 있습니다.

Advanced Space는 CAPSTONE을 소유하고 있기 때문에 NASA의 허가 없이 변경할 수 있는 유연성이 있었습니다. 그리고 기관은 여전히 ​​그러한 프로젝트에서 긴밀하게 협력하고 있지만 이러한 유연성은 Advanced Space와 같은 민간 기업과 NASA 모두에게 이익이 될 수 있습니다.

Cheetham 박사는 “공급업체와 상업 계약을 맺었기 때문에 무언가를 변경해야 할 때 정부 계약 담당자의 대규모 검토를 거칠 필요가 없었습니다.”라고 말했습니다. “속도 측면에서 도움이 되었습니다.”

반면 어드밴스드 스페이스는 임무에 대한 고정 요금을 협상했기 때문에 추가 자금을 요청하기 위해 NASA에 갈 수 없었다(Covid-19 전염병으로 인한 공급망 지연으로 인해 추가 지불을 받았지만). “비용 플러스(cost-plus)”로 알려진 보다 전통적인 NASA 계약은 회사가 지출한 금액을 상환한 다음 이익으로 받는 수수료를 추가하여 비용을 통제할 수 있는 인센티브를 거의 제공하지 않습니다.

Cheetham 박사는 “상황이 발생하면 매우 효율적으로 문제를 처리하는 방법을 찾아야 했습니다.”라고 말했습니다.

이것은 Elon Musk의 SpaceX와 고정 가격 계약을 사용하는 NASA의 성공적인 전략과 유사합니다. 이 전략은 이제 NASA의 자체 우주 왕복선보다 훨씬 저렴한 비용으로 국제 우주 정거장을 오가는 화물과 우주 비행사를 운송합니다. SpaceX의 경우 NASA의 투자를 통해 탑재체와 개인 우주비행사를 궤도에 올려놓는 데 관심이 있는 비NASA 고객을 유치할 수 있었습니다.

CAPSTONE까지 Advanced Space의 작업은 우주선을 만들고 운영하는 것이 아니라 궤도 분석 및 임시 GPS용 소프트웨어 작성과 같은 대부분 이론적인 작업이었습니다.

회사는 아직 우주선 제작 사업을 하고 있지 않습니다. “우리는 우주선을 샀습니다.”라고 치담 박사가 말했습니다. “저는 사람들에게 여기 Advanced에서 구축하는 유일한 하드웨어는 레고라고 말합니다. 우리는 훌륭한 레고 컬렉션을 가지고 있습니다.”

지난 수십 년 동안, CubeSats로 알려진 작은 위성이 확산되었습니다., 더 많은 회사에서 각 큐브 크기가 10센티미터 또는 4인치인 표준화된 설계를 기반으로 우주선을 빠르게 제작할 수 있습니다. CAPSTONE은 12개의 큐브 볼륨으로 가장 큰 것 중 하나이지만 Advanced Space는 캘리포니아 어바인의 Tyvak Nano-Satellite Systems에서 거의 기성품으로 구입할 수 있었습니다.

여전히 많은 문제 해결이 필요했습니다. 예를 들어, 대부분의 CubeSats 지표면에서 불과 수백 마일 떨어진 저궤도에 있습니다. 달은 거의 25만 마일 떨어져 있습니다.

“아무도 달에서 CubeSat을 날린 적이 없습니다”라고 Dr. Cheetham은 말했습니다. “그래서 아무도 달에서 CubeSats를 날릴 수 있는 라디오를 만들지 않았다는 것은 이치에 맞습니다. 그래서 우리는 이러한 세부 사항을 많이 이해하고 실제로 작동할 수 있는 시스템을 갖기 위해 몇 명의 다른 사람들과 실제로 파트너 관계를 맺어야 했습니다.”

Gateway 프로그램 관리자인 Mr. Hartman은 CAPSTONE에 대해 흥분하지만 달 전초 기지를 계속 진행하는 데 필수적인 것은 아니라고 말합니다. NASA는 이미 Gateway의 첫 두 모듈 건설에 대한 계약을 체결했습니다. 유럽 ​​우주국(European Space Agency)도 두 개의 모듈을 제공하고 있습니다.

“그것 없이 우리가 날 수 있습니까?” Hartman 씨는 CAPSTONE에 대해 말했습니다. “예. 필수인가요? 아니.”

그러나 그는 “모델의 오차 막대를 줄일 수 있는 것은 언제나 좋은 일입니다.”라고 덧붙였습니다.

Cheetham 박사는 NASA 또는 기타 상업적 파트너를 위해 다음에 있을 수 있는 일, 아마도 더 많은 달 탐사에 대해 생각하고 있습니다. 그는 또한 더 멀리 생각하고 있습니다.

“나는 우리가 어떻게 화성에 비슷한 유형의 일을 할 수 있는지에 대해 생각하는 것에 대해 매우 흥미롭습니다.”라고 그는 말했습니다. “사실 개인적으로도 비너스에 관심이 많아요. 충분히 주목받지 못하는 것 같아요.”

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