카시니-호이겐스

Cassini–
카시니-호이겐스
토성 주위를 도는 카시니의 궤도삽입에 관한 예술가의 개념
미션유형카시니: 토성 궤도선
하위헌스: 타이탄 착륙선
교환입니다.카시니: 나사 / JPL
Huygens: ESA / ASI
코스파리드1997-061A Edit this at Wikidata
SATCAT no.25008
웹사이트
임무지속시간
  • 전체:
    • 19세 335일
    • 토성에서의 13년 76일
  • 이동 중:
    • 6년 261일
  • 주요 미션:
    • 3년
  • 확장된 미션:
    • 춘분: 2년 62일
    • 동지: 6년 205일
    • 피날레 : 4개월 24일
우주선 속성
제조자카시니: 제트추진연구소
하위헌스: 탈레스 알레니아 스페이스(당시 항공우주)[1]
발사질량5,712 kg (12,593 lb)[2][3]
드라이 매스2,523 kg (5,562 lb)[2]
힘~885와트(BOL)[2]
~670와트(2010년)[4]
~663와트(EOM/2017)[2]
미션시작
출시일자1997년 10월 15일 08:43:00 (1997-10-15)UTC 08:43) UTC
로켓 Titan IV(401)B B-33
발사장소케이프 커내버럴 SLC-40
임무종료
처리.토성 진입 통제[5][6]
마지막 연락처2017년9월15일
  • 11:55:39 UTC X 대역 원격 측정
  • 11:55:46 UTC S 대역 전파 과학[7]
궤도 파라미터
기준계크로노센트릭
금성의 플라이바이 (중력 어시스트)
최인접법1998년4월26일
거리283km(176 mi)
금성의 플라이바이 (중력 어시스트)
최인접법1999년6월24일
거리623 km (387 mi)
지구-달 시스템의 플라이바이(Gravity assist)
최인접법1999년 8월 18일 03:28 UTC
거리1,171 km (728 mi)
2685 마수르스키의 플라이바이(우연)
최인접법2000년1월23일
거리1,600,000 km (99만 마일)
목성의 플라이바이 (중력 어시스트)
최인접법2000년12월30일
거리9,852,924 km (6,122,323 mi)
토성 궤도선
궤도 삽입2004년 7월 1일 02:48 UTC
타이탄 착륙선
우주선 부품호이겐스
착지일자2005년1월14일

카시니-흔히 카시니라고 불리는 Huygens (/k əˈsi ːni ˈni ɔɪɡənz/k ə-SE-nee HOY-g ənz)는 나사, 유럽 우주국, 이탈리아 우주국이 토성과 고리, 자연 위성을 포함한 그 체계를 연구하기 위해 우주 탐사선을 보내는 우주 연구 임무였습니다. 플래그십급 로봇 우주선은 나사의 카시니 우주 탐사선과 토성의 가장 큰 위성인 타이탄에 착륙한 ESA의 하위헌스 착륙선으로 구성되었습니다.[8] 카시니는 토성을 방문한 네 번째 우주 탐사선이자 궤도에 진입한 첫 번째 우주 탐사선으로 2004년부터 2017년까지 머물렀습니다. 이 두 우주선은 천문학자 지오반니 카시니와 크리스티안 하위헌스의 이름을 따왔습니다.

1997년 10월 15일 타이탄 IVB/센타우르를 타고 발사된 카시니는 2004년 7월 1일 궤도에 진입한 후 13년 동안 토성 궤도를 돌고 행성과 그 체계를 연구하며 거의 20년 동안 우주에서 활동했습니다.[9] 토성으로의 항해에는 금성(1998년 4월과 1999년 7월), 지구(1999년 8월), 소행성 2685 마수르스키, 목성(2000년 12월)의 비행이 포함되었습니다. 2017년 9월 15일, 카시니의 궤도가 토성의 대기 상층부로 가져가 토성의 위성을 오염시킬 위험을 막기 위해 연소시켰을[10][11] 때, 우주선에 지상 미생물을 숨겨둘 거주할 수 있는 환경을 제공했을 수도 있습니다.[12][13] 그 임무는 기대 이상으로 성공적이었습니다 – 나사의 행성 과학 부서장 짐 그린은 카시니-호이겐스를 달과 고리를 포함한 토성계에 대한 인간의 이해와 태양계 어디에서 생명체를 찾을 수 있는지에 대한 우리의 이해에 혁명을 가져온 "최초의 임무"[14]라고 설명했습니다.[15]

카시니의 기획자들은 원래 2004년 6월부터 2008년 5월까지 4년의 임무를 계획했습니다. 이 미션은 2010년 9월까지 2년 더 연장되어 카시니 이쿼녹스 미션으로 명명되었습니다. 이 임무는 카시니 동지 임무로 두 번째이자 마지막으로 연장되었으며, 이 임무는 2017년 9월 15일까지 7년 더 지속되었으며, 이 날짜에 카시니는 토성 상층부 대기에서 타버리기 위해 궤도를 이탈했습니다.[16]

Huygens 모듈은 2004년 12월 25일 탐사선에서 분리될 때까지 Cassini와 함께 여행했고, Huygens는 2005년 1월 14일 타이탄에 낙하산으로 착륙했습니다. SED(Spin/Eject device)를 통해 분리가 용이해 졌습니다. SED는 초당 0.35m의 상대적인 분리 속도와 7.5rpm의 회전 속도를 제공했습니다.[17] 궤도선을 릴레이로 사용하여 약 90분 동안 데이터를 지구에 반환했습니다. 이것은 태양계 외부에 착륙한 최초의 착륙이자 지구의 달이 아닌 다른 달에 착륙한 최초의 착륙이었습니다.

임무의 마지막에, 카시니 우주선은 "그랜드 피날레"를 실행했습니다: 토성과 그것의 내부 고리 사이의 틈을 통과하는 수많은 위험한 통과.[5][6] 이 단계는 카시니가 운영 수명이 다하면 전력 손실이나 기타 통신 문제로 인해 탐사선을 더 이상 조종할 수 없을 때 의도하지 않게 충돌할 경우 우주선이 의도적으로 파괴되기[18] 전에 카시니의 과학적 결과를 극대화하는 것을 목표로 했습니다. 카시니의 대기권 진입으로 임무는 끝났지만, 반환된 데이터에 대한 분석은 수년간 계속될 것입니다.[15]

개요

27개국의 과학자들과 개인들이 카시니 궤도선과 하위헌스 탐사선의 설계, 제작, 비행, 데이터 수집을 담당하는 공동 연구팀을 구성했습니다.[19]

궤도선이 조립된 미국 나사의 제트 추진 연구소가 임무를 관리했습니다. 유럽 우주 연구 기술 센터는 Huygens를 개발했습니다. 센터의 주요 계약자인 프랑스의 Aerospatiale(2005년부터 탈레스 알레니아 스페이스의 일부)는 많은 유럽 국가(Huygens의 배터리와 미국의 2개 과학 기기 포함)에서 공급한 장비와 장비로 탐사선을 조립했습니다. 이탈리아 우주국(ASI)은 카시니 궤도선의 고이득 무선 안테나를 제공했는데, 이 안테나는 고이득 안테나를 사용하고 합성 어퍼처 레이더 역할을 하는 소형 경량 레이더인 저이득 안테나를 통합했습니다. 레이더 고도계, 방사계, 전파 과학 서브 시스템(RSS) 및 VIMS 분광계의 가시 채널 부분 VIMS-V.[20]

NASA는 VIMS 적외선 대응기와 프랑스 CNES에서 제공한 전자 서브어셈블리가 포함된 메인 전자 어셈블리를 제공했습니다.[21][22]

2008년 4월 16일, NASA는 이 임무의 지상 작전을 위한 자금 지원을 2년 연장한다고 발표했고, 그 시점에서 그것은 카시니 이쿼녹스 임무로 이름이 바뀌었습니다.[23] 2010년 2월 카시니 하지 미션을 통해 자금 지원이 다시 연장되었습니다[by whom?].

네이밍

토성의 양상에 대한 하위헌스의 설명, 토성계(Systema Saturnium, 1659)

이번 임무는 크게 두 가지 요소로 구성되어 있습니다: 토성의 고리 부분과 네 개의 위성을 발견한 이탈리아 천문학자 조반니 도메니코 카시니의 이름을 딴 ASI/NASA 카시니 궤도선과, 타이탄의 발견자인 네덜란드 천문학자, 수학자이자 물리학자인 크리스티안 하위헌스의 이름을 딴 ESA가 개발한 하위헌스 탐사선.

이 임무는 일반적으로 임신 중에 매리너 마크 II 임무로서 그리고 일반적으로 토성 궤도선 타이탄 탐사선 (SOTP)이라고 불렸습니다.[24]

카시니-호이겐스는 외계 행성에 대한 플래그십급 임무였습니다.[8] 다른 행성의 기함으로는 갈릴레오, 보이저, 바이킹이 있습니다.[8]

목적

카시니는 다음과 같은 몇 가지 목적을 가지고 있었습니다.[25]

  • 토성 고리의 3차원 구조와 동역학적 거동을 규명하는 것.
  • 위성 표면의 구성 및 각 물체의 지질학적 역사를 결정하는 것.
  • 이아페투스의 선도 반구에 있는 암흑 물질의 성질과 기원을 결정하는 것.
  • 자기권의 3차원 구조와 동적 거동 측정.
  • 토성 대기의 동적 거동을 구름 수준에서 연구하는 것.
  • 타이탄의 구름과 해일의 시간 가변성에 관한 연구
  • 타이탄의 표면을 지역 단위로 특징짓습니다.

카시니-Huygens는 1997년 10월 15일 케이프 커내버럴 공군기지의 우주발사단지 40에서 미 공군 Titan IVB/Centaur 로켓을 사용하여 발사되었습니다. 완전한 발사대는 2단 타이탄 IV 부스터 로켓, 끈 달린 고체 로켓 엔진 2개, 센타우루스 상부 무대, 그리고 탑재물 인클로저, 즉 페어로 구성되었습니다.[26]

이번 과학 탐사 임무의 총 비용은 발사 전 개발 비용 14억 달러, 임무 수행 비용 7억 4천만 달러, 추적 비용 5천 4백만 달러, 발사체 비용 4억 2천 2백만 달러 등 약 32억 6천만 달러였습니다. 미국은 26억 달러(80%), ESA는 5억 달러(15%), ASI는 1억 6천만 달러(5%)[27]를 출연했습니다. 그러나 이 수치는 2000년 10월에 준비된 프레스 키트에서 나온 것입니다. 그들은 매우 긴 임무 기간 동안의 인플레이션을 포함하지 않으며 확장된 임무의 비용도 포함하지 않습니다.

카시니의 주요 임무는 2008년 7월 30일에 완료되었습니다. 이 임무는 2010년 6월(카시니 이쿼녹스 미션)까지 연장되었습니다.[28] 이것은 2009년 8월에 발생한 토성의 추분 동안 토성계를 자세히 연구했습니다.[23]

2010년 2월 3일, 나사는 카시니의 또 다른 연장을 발표했습니다, 6.2017년까지 1 ⁄ 2년, 토성 북반구의 하지 시점에서 끝납니다(카시니 하지 미션). 이 확장으로 인해 행성 주위를 155번 더 돌았고, 타이탄의 54번의 비행과 엔켈라두스의 11번의 비행이 가능해졌습니다.[29] 2017년, 타이탄과의 조우로 궤도가 바뀌었고, 토성에 가장 가까이 접근했을 때는 D 고리의 안쪽 가장자리 아래에 있는 행성의 구름 꼭대기에서 불과 3,000 km (1,900 mi) 밖에 떨어져 있지 않았습니다. 이 일련의 "근위 궤도"는 타이탄과의 마지막 조우가 탐사선을 토성의 대기로 보내 파괴함으로써 끝이 났습니다.

여행 일정

선택한 대상(최대에서 최소로 순서는 지정하지만 규모는 지정하지 않음)
타이탄 지구의 달 레아 이아페투스 디온 테티스 엔켈라두스
미마스 하이페리온 피비 야누스 에피메테우스 프로메테우스 판도라
헬레네 아틀라스 판 텔레스토 칼립소 메톤

역사

발사대 위의 카시니-호이겐스

카시니-Huygens의 기원은 유럽 과학 재단과 미국 국립 과학 아카데미가 미래의 협력 임무를 조사하기 위한 작업 그룹을 구성한 1982년까지 거슬러 올라갑니다. 두 명의 유럽 과학자들은 토성 궤도선과 타이탄 탐사선이 한 쌍을 이루는 것을 공동 임무로 제안했습니다. 1983년 NASA의 태양계 탐사 위원회는 나사의 핵심 프로젝트로 같은 궤도선과 탐사선 쌍을 추천했습니다. 나사와 유럽 우주국은 1984년부터 1985년까지 이 잠재적인 임무에 대한 공동 연구를 수행했습니다. ESA는 1986년에 자체 연구를 계속했고, 미국인 우주비행사 샐리 라이드도 그녀의 영향력 있는 1987년 보고서 NASA 리더십과 미국의 우주의 미래를 조사하고 카시니 임무를 승인했습니다.[30]

Ride의 보고서는 토성 궤도선과 탐사선을 나사의 단독 임무라고 설명했지만, 1988년 나사의 우주과학 및 응용 담당 부국장인 Len Fisk는 나사와 ESA의 공동 임무를 제안했습니다. 그는 ESA의 로저 보닛에게 편지를 보내 ESA가 당면한 세 명의 후보 중에서 카시니 임무를 선택할 것을 강력히 제안하고, ESA가 실행되는 대로 NASA가 임무에 전념할 것을 약속했습니다.[31]

그 당시 NASA는 이전의 협력 동안 NASA가 동등하게 취급하지 않았다는 유럽인들의 인식으로 인해 미국과 유럽의 우주 프로그램 사이에서 발생한 긴장에 더 민감해지고 있었습니다. 카시니를 홍보하고 계획하는 데 관여한 NASA 관계자와 고문들-Huygens는 그 임무의 결과로 발생하는 어떤 과학 기술적 이익도 균등하게 공유하고 싶다는 그들의 열망을 강조함으로써 이러한 추세를 바로잡으려고 시도했습니다. 부분적으로, 이 새로운 유럽과의 협력 정신은 ESA가 NASA로부터 멀어질수록 유럽과 더 긴밀히 협력하기 시작한 소련과의 경쟁 의식에 의해 추진되었습니다. 1988년 말 ESA는 카시니를 선택했습니다.Huygens는 다음 주요 임무로 미국에서 주요 자금 지원을 받았습니다.[32][33]

그 협력은 두 우주 프로그램 사이의 관계를 개선시켰을 뿐만 아니라 카시니를 도왔습니다.Huygens는 미국에서 의회 예산 삭감을 견뎌냅니다. 카시니-Huygens는 1992년과 1994년에 정치적으로 비난을 받았지만, 실패한 우주 탐사 약속에 대한 좌절감이 대외 관계의 다른 분야로 흘러갈지도 모르기 때문에 ESA가 이미 개발에 자금을 쏟아 부은 후에 미국 의회에서 프로젝트를 중단하는 것은 현명하지 못한 일이라고 성공적으로 설득했습니다. 비록 발사 실패가 가져올 수 있는 잠재적인 환경 영향에 대해 우려하는 시민 단체들이 1997년 발사 이전까지 시위와 소송을 통해 그것을 탈선시키려 했지만, 이 프로젝트는 1994년 이후 정치적으로 순조롭게 진행되었습니다.[34][35][36][37][38]

우주선설계

카시니의 도표
카시니-호이겐스 집합체

우주선은 CRAF(Comet Rendezvous Asteroid Flyby) 임무 이후 화성 궤도 너머의 임무를 위해 개발된 우주선의 한 종류인 RTG 동력의 두 번째 3축 안정화된 매리너 마크 II로 계획되었지만, 예산 삭감과 프로젝트 축소로 인해 NASA는 카시니를 구하기 위해 CRAF 개발을 종료해야 했습니다. 그 결과, 카시니는 더 전문적이 되었습니다. Mariner Mark II 시리즈는 취소되었습니다.

궤도선과 탐사선을 합친 것은 화성 탐사선 포보스 1호와 2호에 이어 지금까지 성공적으로 발사된 행성간 탐사선 중 세 번째로 큰 규모이며 가장 복잡한 탐사선 중 하나입니다.[39][40] 궤도선의 질량은 2,150 kg(4,740 lb)이었고, 궤도선에 남아 있는 30 kg(66 lb)의 탐사 지원 장비를 포함하여 탐사선 350 kg(770 lb)이었습니다. 발사 차량 어댑터와 발사 시 3,132kg (6,905lb)의 추진제를 사용하여 우주선의 질량은 5,600kg (12,300lb)이었습니다.

카시니 우주선은 높이가 6.8미터이고 폭이 4미터였습니다. 우주선의 복잡성은 토성까지의 궤도(비행 경로)와 목적지에서의 야심찬 과학에 의해 증가되었습니다. 카시니는 1,630개의 상호 연결된 전자 부품, 22,000개의 전선 연결 및 14킬로미터(8.7마일)의 케이블을 보유하고 있었습니다.[41] 핵심 제어 컴퓨터 CPU는 MIL-STD-1750A 명령어 세트 아키텍처를 사용하는 중복 시스템이었습니다. 주 추진 시스템은 하나의 프라임과 하나의 백업 R-4D 바이프로퍼런트 로켓 엔진으로 구성되었습니다. 각 엔진의 추력은 490 N (110 lbf)이었고 총 우주선 delta-v는 약 2,040 m/s (4,600 mph)였습니다.[42] 더 작은 단일 추진 로켓은 자세 제어 기능을 제공했습니다.

카시니는 32.7 kg (72 lb)의 핵 연료로 동력을 공급받았는데, 주로 이산화 플루토늄(순수 플루토늄 28.3 kg (62 lb) 포함)이었습니다.[43] 그 물질의 방사성 붕괴로 인한 열이 전기로 변환된 것입니다. Huygens는 순항 중에 Cassini의 지원을 받았지만 독립적일 때는 화학 배터리를 사용했습니다.

탐사선에는 81개국에서 시민들로부터 받은 616,400명 이상의 서명이 담긴 DVD가 들어 있었습니다.[44][45]

2017년 9월까지 카시니 탐사선은 지구로부터 8.2 ~ 10.2 천문단위 거리(1.23×109 ~ 1.53×109 km; 760,000,000 ~ 950,000,000 mi)에서 토성 궤도를 계속 돌았습니다. 라디오 신호가 지구에서 우주선까지 이동하는 데 68분에서 84분이 걸렸고, 그 반대의 경우도 마찬가지였습니다. 따라서 지상 관제사는 일상적인 작업이나 예상치 못한 사건에 대해 "실시간"으로 지시할 수 없었습니다. 즉각적인 대응이 이뤄졌다 하더라도 문제 발생과 인공위성에 의한 엔지니어들의 대응 수신 사이에는 2시간 이상의 시간이 흘렀을 것입니다.

인스트루먼트

VIMS에 의해 드러난 타이탄의 표면
토성 앞의 레아
토성의 북극 육각형[46]
자연색의 토성 (2010년 1월)
우주선의 애니메이션 3D 모형

요약

계측기:[47]

  • 광학식 원격 감지("원격 감지 팔레트에 위치")[47]
    • 복합 적외선 분광기(CIRS)
    • 영상과학 서브시스템(ISS)
    • 자외선 영상 분광기(UVIS)
    • 가시광선 및 적외선 매핑 분광기(VIMS)
  • 필드, 입자 및 파동(대부분 현장)
    • 카시니 플라즈마 분광기(CAPS)
    • 우주 먼지 분석기
    • 이온중성질량분석기(INMS)
    • 자력계(MAG)
    • 자기권영상장치(MIMI)
    • 전파 및 플라즈마 파동 과학(RPWS)
  • 마이크로파 원격 감지
    • 레이더
    • 라디오 사이언스 (RSS)

묘사

카시니의 장비는 합성 개구 레이더 맵퍼, 전하 결합 장치 영상 시스템, 가시/적외선 매핑 분광계, 복합 적외선 분광계, 우주 먼지 분석기, 전파 및 플라즈마 파동 실험, 플라즈마 분광계, 자외선 영상 분광기, 자기권 영상 장비, 자력계와 이온/중성 질량 분석기 통신 안테나와 다른 특수 송신기(S밴드 송신기와 이중 주파수 K밴드a 시스템)의 원격 측정은 타이탄과 토성의 대기를 관측하고 행성과 위성의 중력장을 측정하는 데에도 사용되었습니다.

카시니 플라즈마 분광기(CAPS)
CAPS는 우주선의 위치에서 하전 입자의 플럭스를 방향과 에너지의 함수로 측정하는 in situ 장비였습니다. 이온 조성도 비행 시간 질량 분석기를 사용하여 측정했습니다. CAPS는 토성과 타이탄의 전리층에서 유래한 분자와 엔셀라두스의 기둥이 이온화되어 생성된 입자를 측정했습니다. CAPS는 또한 태양풍과 토성 자기권과의 상호작용과 함께 이 지역들의 플라즈마를 조사했습니다.[48][49] CAPS는 계측기에서 발생한 "부드러운" 전기 단락으로 인한 예방책으로 2011년 6월에 꺼졌습니다. 2012년 3월에 다시 전원이 켜졌지만 78일 후에 또 다른 단락으로 인해 계측기가 영구적으로 종료되었습니다.[50]
우주 먼지 분석기
CDA는 토성 근처의 작은 먼지 알갱이의 크기, 속도, 방향을 측정하는 제자리 측정기였습니다. 또한 곡물의 화학 원소를 측정할 수 있습니다.[51] 이 입자들 중 일부는 토성 주위를 돌고 있고, 다른 입자들은 다른 항성계에서 왔습니다. 궤도선의 CDA는 이 입자들, 다른 천체들의 물질들, 그리고 잠재적으로 우주의 기원에 대해 더 배우기 위해 고안되었습니다.[48]
복합 적외선 분광기(CIRS)
CIRS는 물체의 온도, 열 특성 및 구성 요소에 대해 알아보기 위해 물체에서 나오는 적외선을 측정하는 원격 감지 장비였습니다. 카시니 호 전체에..Huygens 미션, CIRS는 광대한 토성계의 대기, 고리, 표면에서 적외선 방출을 측정했습니다. 고도, 가스 조성, 에어로졸과 구름의 분포에 따른 온도와 압력 프로파일을 결정하기 위해 토성 대기를 3차원 지도로 만들었습니다. 또한 열 특성과 위성 표면과 고리의 구성을 측정했습니다.[48]
이온중성질량분석기(INMS)
INMS는 타이탄과 토성 근처에 있는 하전 입자(양성자와 더 무거운 이온)와 중성 입자(원자와 분자)의 구성을 측정하여 대기에 대해 더 자세히 알 수 있는 제자리 측정 도구였습니다. 기기는 4중극 질량 분석기를 사용했습니다. INMS는 또한 토성의 얼음 위성과 고리의 양이온과 중성 환경을 측정하기 위한 것이었습니다.[48][52][53]
영상과학 서브시스템(ISS)
ISS는 가시광선에서 대부분의 이미지를 포착하는 원격 감지 장비였고, 일부 적외선 이미지와 자외선 이미지도 포착했습니다. 국제우주정거장은 토성, 그것의 고리, 그리고 그것의 위성들의 수십만장의 이미지를 찍었습니다. 국제우주정거장에는 광각 카메라(WAC)와 협각 카메라(NAC)가 있었습니다. 각각의 카메라는 민감한 전하 결합 장치(CCD)를 전자파 감지기로 사용했습니다. 각 CCD에는 1,024x1,024개의 정사각형 픽셀 배열이 있으며 각 픽셀은 12μm 정사각형입니다. 두 카메라 모두 온칩 데이터 압축을 포함한 많은 데이터 수집 모드를 허용했으며 휠에서 회전하여 0.2~1.1μm 범위의 전자기 스펙트럼 내에서 다양한 대역을 볼 수 있는 스펙트럼 필터가 장착되어 있습니다.[48][54]
듀얼 테크닉 자력계(MAG)
MAG는 토성 주변의 자기장의 세기와 방향을 측정하는 제자리 기구였습니다. 자기장은 토성의 중심에 있는 용융된 핵에 의해 부분적으로 생성됩니다. 자기장을 측정하는 것은 코어를 조사하는 방법 중 하나입니다. MAG는 토성 자기권의 3차원 모델을 개발하고 타이탄과 그 대기의 자기 상태, 그리고 얼음 위성과 토성 자기권에서의 역할을 결정하는 것을 목표로 했습니다.[48][55]
자기권영상장치(MIMI)
MIMI는 토성의 거대한 자기장, 즉 자기권에 갇힌 입자들에 대한 이미지와 다른 데이터를 생성하는 원격 감지 도구였습니다. 제자리 구성 요소는 에너지가 있는 이온과 전자를 측정했고 원격 감지 구성 요소(이온 및 중성 카메라, INCA)는 에너지가 있는 중성 원자 이미저였습니다.[56] 이 정보는 자기권의 전반적인 구성과 역학, 태양풍, 토성 대기, 타이탄, 고리, 얼음 위성과의 상호작용을 연구하는 데 사용되었습니다.[48][57]
레이더
탑재 레이더는 타이탄 표면의 지도를 만드는 능동적이고 수동적인 감지 장비였습니다. 레이더파는 타이탄을 둘러싸고 있는 짙은 안개의 베일을 뚫을 만큼 강력했습니다. 신호의 송신 및 반송 시간을 측정하여 산과 협곡과 같은 대형 표면 지형의 높이를 확인할 수 있습니다. 패시브 레이더는 토성이나 토성의 위성이 방출할 수 있는 전파를 청취했습니다.[48]
전파 및 플라즈마 파동 과학 기기
RPWS는 태양풍과 토성, 타이탄의 상호작용에 의해 발산되는 전파를 포함하여, 토성에서 오는 전파 신호를 수신하고 측정하는 제자리 측정기이자 원격 감지기였습니다. RPWS는 행성간 매체와 행성간 자기권에서 전기장과 자기장을 측정했습니다. 또한 특성 주파수(예: 상부 하이브리드 라인)의 플라즈마 파동이나 Langmuir 탐사선을 사용하여 타이탄 근처와 토성 자기권의 일부 지역에서 전자 밀도와 온도를 측정했습니다. RPWS는 토성의 자기장의 구성과 토성 킬로미터 방사선(SKR)과의 관계를 연구하고 토성의 (그리고 아마도 타이탄의) 대기로부터 토성의 전리층, 플라스마, 번개를 모니터링하고 지도를 작성했습니다.[48]
무선 과학 서브시스템
RSS는 타이탄의 대기나 토성의 고리 같은 물체를 통해, 심지어 태양 뒤에서 우주선의 무선 신호가 송신될 때 어떻게 변하는지를 관찰하기 위해 지구의 무선 안테나를 사용하는 원격 감지 기구였습니다. RSS는 또한 대기와 전리층의 구성, 압력 및 온도, 방사 구조 및 입자 크기 분포, 고리, 몸체 및 시스템 질량 및 중력장을 연구했습니다. 기기는 우주선 X-밴드 통신 링크와 S-밴드 다운링크, K-밴드a 업링크 및 다운링크를 사용했습니다.[48]
Cassini UVIS
콜로라도 대학의 대기우주물리학 연구소가 만든 카시니 UVIS 기기.
자외선 영상 분광기(UVIS)
UVIS는 토성의 구름이나 고리와 같은 물체에서 반사되는 자외선의 이미지를 포착하여 그것들의 구조와 구성 요소를 더 알아보기 위한 원격 감지 장비였습니다. 55.8~190nm 파장에 걸쳐 자외선 광을 측정하도록 설계된 이 기기는 구성, 분포, 에어로졸 입자 함량 및 대기 온도를 결정하는 데 도움이 되는 도구이기도 했습니다. 다른 유형의 분광계와 달리 이 민감한 기기는 스펙트럼과 공간 판독을 모두 수행할 수 있습니다. 가스의 구성을 결정하는 데 특히 능숙했습니다. 공간 관측은 높이가 1픽셀, 가로가 64픽셀에 불과할 정도로 폭이 좁습니다. 스펙트럼 차원은 공간 픽셀당 1,024 픽셀이었습니다. 그것은 또한 이 물질이 다른 힘에 의해 움직이는 방식의 영화를 만드는 많은 이미지를 찍을 수 있습니다.[48]
UVIS는 극자외선(FUV), 극자외선(EUV), 고속 광검출기(HSP) 및 수소-중수소 흡수 전지(HDAC)의 4개의 개별 검출 채널로 구성되었습니다. UVIS는 토성, 위성, 고리의 초분광 이미지와 이산 스펙트럼, 그리고 항성 오컬테이션 데이터를 수집했습니다.[58]
HSP 채널은 고리의 구조와 광학적 깊이를 이해하기 위해 토성의 고리를 통과하는 별빛을 관측하도록 설계되었습니다.[59] HSP 채널과 FUV 채널의 항성 오컬테이션 데이터는 Enceladus의 남극에 수증기 기둥이 존재함을 확인하고 기둥의 구성을 특성화했습니다.[60]
태양을 향해 타이탄의 대기를 들여다보면서 촬영한 VIMS 스펙트럼은 외계 행성의 대기를 이해하는 데 도움이 되었습니다(예술가의 개념; 2014년 5월 27일).

가시광선 및 적외선 매핑 분광기(VIMS)
VIMS는 달 표면, 고리, 토성과 타이탄의 대기의 구성에 대해 더 알아보기 위해 가시광선과 적외선을 사용하여 이미지를 포착하는 원격 감지 장비였습니다. 그것은 두 대의 카메라로 구성되어 있습니다 - 하나는 가시광선을 측정하는 데 사용되고 다른 하나는 적외선입니다. VIMS는 350~5100nm 파장에 걸쳐 대기, 고리 및 표면에서 반사 및 방출된 방사선을 측정하여 구성, 온도 및 구조를 결정하는 데 도움을 줍니다. 또한 고리의 구조에 대해 더 알아보기 위해 고리를 통과하는 햇빛과 별빛을 관찰했습니다. 과학자들은 VIMS를 토성의 날씨 패턴을 알아내기 위해 토성의 구름 움직임과 형태에 대한 장기적인 연구에 사용했습니다.[48]

플루토늄 전원

설치 전 카시니 GPHS-RTG

토성과 태양 사이의 거리 때문에, 이 우주 탐사선의 동력원으로서 태양열 배열은 실현 가능하지 않았습니다.[61] 전력을 충분히 생산하기 위해서는 그러한 어레이가 너무 크고 무거웠을 것입니다.[61] 대신 카시니 궤도선은 3개의 GPHS-RTG 방사성동위원소 열전 발전기에 의해 전력을 공급받았는데, 이 발전기는 플루토늄-238 (이산화플루토늄 형태)의 약 33 kg (73 lb)의 붕괴로 인한 열을 이용하여 열전기를 통해 직류 전기를 생산합니다.[61] 카시니 임무의 RTG는 뉴호라이즌스, 갈릴레오, 율리시스 우주 탐사선에 사용된 것과 같은 디자인을 가지고 있으며, 매우 긴 작동 수명을 갖도록 설계되었습니다.[61] 그들은 명목상으로 11년 동안의 카시니 임무가 끝났을 때에도 여전히 600~700와트의 전력을 생산할 [61]수 있었습니다. (카시니 RTG 프로그램의 남은 하드웨어는 설계되어 나중에 발사된 명왕성과 카이퍼 벨트에 뉴호라이즌스호에 동력을 공급하기 위해 개조되어 사용되었습니다.)[62]

192개의 고체 상태 전력 스위치가 전력 분배를 수행했으며, 과부하 상태가 발생할 경우 차단기 기능도 수행했습니다. 스위치는 기존 스위치에 비해 효율성이 우수하고 수명이 긴 MOSFET을 사용함과 동시에 과도 현상을 제거했습니다. 그러나 이러한 고체 상태 회로 차단기는 잘못 걸려 넘어지기 쉬웠고(아마도 우주선에서), 재설정이 필요했고 실험 데이터의 손실을 초래했습니다.[63]

탐사선의 방사성동위원소 열전 발전기의 동력원인 빛나는 뜨거운 플루토늄 펠렛

이미 비행 중에 추진력을 얻기 위해, 카시니 임무의 궤도에는 금성의 두 번의 플라이 바이 패스, 지구의 한 번의 지구, 그리고 목성의 한 번의 행성의 몇 번의 중력 새총 기동이 포함되었습니다. 탐사선이 인간에게 발생할 수 있는 위험을 제기한 마지막 사례는 지상 비행이었습니다. 이 작전은 1999년 8월 18일 카시니가 지구 상공 1,171km (728마일)을 지나면서 성공적이었습니다.[64] 탐사선이 지구와 충돌할 수 있는 오작동이 있었다면, 나사의 완전한 환경 영향 연구는 최악의 경우(카시니가 점차 불에 타버릴 것이라는 예각이 있는 상태에서), RTG 내부 핵연료 33kg의[43] 상당 부분이 지구 대기로 분산되어 최대 50억 명의 사람들(즉, 거의 전체 지구 인구)이 노출될 수 있었고, 이후 수십[65] 년 동안 최대 5,000명의 추가 암 사망자가 발생했을 것입니다(0.0005%). 다른 원인으로 예상되는 암 사망자 10억 명 중 일부인 0.000005명(다른 곳에서는[66] 50만 명의 사망자로 잘못 계산됨). 그러나, 이런 일이 일어날 확률은 백만 분의 일, 즉 한 사람이 죽을 확률(5,000명의 사망자를 가정할 때)은 200분의 1보다 적을 것으로 추정되었습니다.[65]

NASA의 플루토늄 사용 위험 분석에 대해 미치오 카쿠는 태양 전지와 연료 전지와 같은 대체 에너지원의 잠재적 사용뿐만 아니라 사상자, 재산 피해, 사고 가능성으로 인한 소송 등이 과소 평가되었다는 이유로 공개적으로 비판했습니다.[67]

원격측정

카시니 우주선은 여러 가지 다른 원격 측정 형식으로 전송할 수 있었습니다. 원격측정 서브시스템은 아마도 가장 중요한 서브시스템일 것입니다. 왜냐하면 원격측정 서브시스템이 없으면 데이터 반환이 불가능하기 때문입니다.

원격 측정은 이전의 임무보다 더 현대적인 컴퓨터 세트를 사용하는 우주선 때문에 처음부터 개발되었습니다.[68] 따라서 카시니는 원격측정사전의 복잡성을 줄이기 위해 미니패킷을 채택한 최초의 우주선이었고, 소프트웨어 개발 과정을 통해 임무를 위한 원격측정 관리자가 탄생하게 되었습니다.

카시니 텔레메트리 사전에는 약 1088개의 채널(67개의 미니 패킷)이 조립되어 있었습니다. 이 67개의 하위 복잡도 미니 패킷 중에서 6개의 미니 패킷에는 서브 시스템 공분산 및 칼만 게인 요소(161개 측정)가 포함되어 있으며 일반적인 임무 수행 중에는 사용되지 않았습니다. 이는 61개의 미니 패킷에 947개의 측정값을 남겼습니다.

7개의 AACS 원격측정 모드에 해당하는 총 7개의 원격측정 맵을 구축하였습니다. 이러한 모드는 (1) 기록; (2) 공칭 순항; (3) 중속 순항; (4) 저속 순항; (5) 궤도 작동; (6) Av; (7) ATE (자세 추정기) 보정입니다. 이 7개의 지도는 모든 우주선 원격 측정 모드를 다룹니다.

하위헌스 탐사선

주 기사: 호이겐스 (우주선)
타이탄 표면의 호이겐스 전경
데이터 처리가 다른 동일한 이미지

유럽우주국(ESA)이 공급하고 타이탄을 처음 발견한 17세기 네덜란드 천문학자 크리스티안 하위헌스의 이름을 딴 하위헌스 탐사선은 2005년 1월 15일 토성의 위성 타이탄이 하강할 때 구름, 대기, 표면을 정밀하게 조사했습니다. 타이탄의 대기권에 진입하여 제동을 걸고 완전히 장비된 로봇 실험실을 수면 아래로 낙하산으로 내리도록 설계되었습니다.[69]

탐사선 시스템은 타이탄으로 내려오는 탐사선 자체와 궤도 우주선에 부착된 채로 남아있는 탐사선 지지 장비(PSE)로 구성되었습니다. PSE에는 탐사선을 추적하고 하강하는 동안 수집된 데이터를 복구하고 데이터를 처리하여 지구로 전송하는 궤도선에 전달하는 전자 장치가 포함됩니다. 핵심 제어 컴퓨터 CPU는 중복 MIL-STD-1750A 제어 시스템이었습니다.

데이터는 프로브 데이터 릴레이 서브시스템(PDRS)에서 제공하는 Huygens와 Cassini 간의 무선 링크를 통해 전송되었습니다. 탐사선의 임무가 먼 거리 때문에 지구에서 텔레커맨드를 할 수 없었기 때문에 CDMS(Command Data Management Subsystem)에 의해 자동으로 관리되었습니다. PDRS와 CDMS는 이탈리아 우주국(ASI)이 제공했습니다.

카시니호가 발사된 후, 호이겐스 탐사선에서 카시니 궤도선으로 보내진 데이터(그리고 나서 지구로 다시 전송된 데이터)는 대부분 판독할 수 없다는 것이 밝혀졌습니다. 신호 처리 전자기기의 대역폭이 너무 좁았고 착륙선과 모선 사이의 도플러 이동이 예상되는 것이 신호를 시스템의 범위 밖으로 내리게 했기 때문입니다. 따라서 카시니의 수신기는 타이탄으로 하강하는 동안 하위헌스로부터 데이터를 수신할 수 없게 됩니다.[18]

임무를 복구하기 위한 해결책이 발견되었습니다. 카시니의 궤적은 시선 속도와 도플러 이동을 줄이기 위해 변경되었습니다.[18][70] 카시니의 후속 궤도는 이전에 계획된 궤도와 동일했지만, 변화는 하위헌스 임무 이전의 두 궤도를 세 개의 더 짧은 궤도로 대체했습니다.

선택한 이벤트 및 검색

주 기사: 카시니-하위헌스 연대표
1997년 10월 15일부터 2008년 5월 4일까지 카시니의 궤도 애니메이션
카시니-호이겐스· 목성· 토성· 지구· 금성· 2685 마수르스키
2004년 5월 1일부터 2017년 9월 15일까지 토성 주위를 도는 카시니의 궤도 애니메이션
카시니· 토성· 엔켈라두스· 타이탄· 이아페투스

금성과 지구의 비행과 목성으로의 유람

비행 중 달 사진

카시니 우주 탐사선은 1998년 4월 26일과 1999년 6월 24일 두 차례 금성의 중력 보조 비행을 수행했습니다. 이러한 플라이바이는 우주 탐사선이 소행성대까지 이동할 수 있는 충분한 추진력을 제공했고, 반면 태양의 중력은 우주 탐사선을 다시 태양계 안쪽으로 끌어당겼습니다.

1999년 8월 18일 UTC 03:28에 우주선은 중력을 보조하여 지구를 비행했습니다. 가장 가까이 접근하기 1시간 20분 전, 카시니는 377,000 킬로미터로 지구의 달에 가장 가까이 접근했고, 일련의 보정 사진을 찍었습니다.

2000년 1월 23일 카시니는 UTC 10시 경에 소행성 2685 마수르스키의 플라이바이를 수행했습니다. 이 소행성은 1.6×10^6 km (0.99×10^6 mi)의 거리에서 5~7시간 동안 사진을[71] 찍었고 지름은 15~20 km (9.3~12.4 mi)로 추정되었습니다.

목성이 지나가다

목성 플라이바이 사진

카시니는 2000년 12월 30일 목성에 970만 킬로미터로 가장 가까이 접근했고 많은 과학적인 측정을 했습니다. 약 26,000장의 목성, 희미한 고리, 그리고 달의 이미지가 6개월의 비행 동안 찍혔습니다. 그것은 가장 작은 가시적 특징들이 가로 약 60km (37 mi )인 지금까지 지구에서 가장 상세한 글로벌 컬러 초상화를 만들었습니다.[72]

카시니는 2001년 1월 1일 목성을 통과하는 이오를 촬영했습니다.

2003년 3월 6일에 발표된 이 비행기의 주요 발견물은 목성의 대기 순환이었습니다. 어두운 "벨트"들은 대기 중의 밝은 "구역"들과 번갈아 가며, 과학자들은 오래 전부터 옅은 구름이 있는 그 구역들을 공기가 상승하는 지역으로 간주해 왔습니다. 이는 부분적으로 지구의 많은 구름들이 공기가 상승하는 곳에서 형성되기 때문입니다. 그러나 카시니의 이미지를 분석한 결과, 지구에서 볼 수 없을 정도로 작은, 부풀어 오르는 밝은-흰 구름의 개개의 폭풍 세포들이 암흑대에서 거의 예외 없이 나타난다는 것을 보여주었습니다. 나사의 고다드 우주 연구소의 앤서니 델 지니오(Anthony Del Genio)에 따르면, "벨트는 목성의 순 상승 대기 운동 영역임에 틀림없으며, 따라서 이 영역들의 순 운동은 가라앉아야 합니다."

다른 대기 관측에는 목성 북극 근처의 대적점 크기의 높은 대기 연무가 소용돌이치는 어두운 타원형이 포함되었습니다. 적외선 이미지는 지구 주위를 도는 바람의 띠와 인접한 띠가 서로 반대 방향으로 움직이는 극 근처의 순환 양상을 드러냈습니다.

같은 발표에서 목성의 고리의 성격에 대해서도 논의했습니다. 고리에 있는 입자들에 의한 빛 산란은 입자들이 불규칙한 모양을 하고 있으며, 아마도 메티스와 아드라스테아 같은 목성의 위성에 대한 미세 운석 충돌로 인한 분출물로 시작되었을 가능성이 있음을 보여주었습니다.

일반상대성의 검정

2003년 10월 10일, 그 임무의 과학 팀은 카시니 우주 탐사선으로부터 전송된 전파를 사용하여 수행된 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 실험 결과를 발표했습니다.[73] 그 전파 과학자들은 그들이 태양에 가까이 지나갈 때 우주선과 오가는 전파의 주파수 변화를 측정했습니다. 일반 상대성 이론에 따르면, 태양과 같은 거대한 물체는 시공간을 휘게 하여 중력 우물에서 나오는 전파 빔의 주파수가 감소하고 중력 우물로 들어오는 전파는 주파수가 증가하며, 이를 중력 적색편이/청색편이라고 합니다.

일반 상대성 이론을 사용하여 계산된 값에서 일부 측정 가능한 편차가 일부 특이한 우주 모델에 의해 예측되지만 이 실험에서는 그러한 편차가 발견되지 않았습니다. 바이킹과 보이저 우주 탐사선에 의해 전송된 전파를 사용한 이전의 실험들은 일반 상대성 이론에서 천분의 일의 정확도 이내로 계산된 값과 일치했습니다. 카시니 우주 탐사선 실험에서 더 정교한 측정은 이 정확도를 5만 1천 분의 1 정도로 향상시켰습니다.[74] 데이터는 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 확고하게 지지합니다.[75]

토성의 위성

2013년 4월 15일, 새로운 달이 형성될 가능성이 포착되었습니다.

카시니 임무는 토성 주위를 도는 일곱 개의 새로운 위성을 발견했습니다.[76] 카시니가 촬영한 이미지를 이용해 연구원들은 2004년 메톤, 팔렌, 폴리듀스를 발견했지만,[77] 이후 분석 결과 보이저 2호가 1981년 고리형 행성의 플라이바이에서 팔렌을 촬영한 것으로 밝혀졌습니다.[78]

달 다프니스의 발견 사진

2005년 5월 1일, 카시니는 킬러 틈에서 새로운 달을 발견했습니다. 다프니스라는 이름이 붙기 전에 S/2005 S 1이라는 이름이 붙었습니다. 다섯 번째 달은 2007년 5월 30일 카시니에 의해 발견되었고 잠정적으로 S/2007 S 4로 분류되었습니다. 지금은 안테라고 알려져 있습니다. 2009년 2월 3일자 보도자료는 카시니가 발견한 여섯 번째 초승달을 보여주었습니다. 이 위성은 토성 고리의 G 고리 안에서 지름이 약 500 m (0.3 mi)이며, 현재는 애개온(옛 S/2008 S 1)이라고 불립니다.[79] 2009년 11월 2일자 보도자료에는 2009년 7월 26일 카시니가 발견한 일곱 번째 초승달이 언급되어 있습니다. 현재 S/2009 S 1이라는 라벨이 붙어 있으며 B-링 시스템의 직경은 약 300m(1000ft)입니다.[80]

2014년 4월 14일, 나사의 과학자들은 토성의 A 고리에 새로운 달이 시작될 가능성을 보고했습니다.[81]

Phoebe flyby

피비의 카시니 도착(왼쪽)과 출발 모자이크(2004)

2004년 6월 11일, 카시니는 달 피비 옆을 날았습니다. 이것은 이 달에 대한 근접 연구의 첫 번째 기회였습니다 (Voyager 2호는 1981년에 멀리 날아갔지만 자세한 이미지는 반환하지 않았습니다). 그것은 또한 토성 주위의 이용 가능한 궤도의 역학 때문에 카시니가 피비에게 가능한 유일한 비행이었습니다.[82]

2004년 6월 12일에 첫 번째 근접 촬영 이미지가 수신되었고, 임무 과학자들은 피비의 표면이 우주선이 방문하는 소행성과 다르게 보인다는 것을 즉시 깨달았습니다. 그 사진들에서 대단히 구멍이 많은 표면의 일부는 매우 밝게 보이고, 현재 그것의 바로 아래에 많은 양의 물 얼음이 존재한다고 믿어지고 있습니다.

토성 자전

2004년 6월 28일 발표에서 카시니 프로그램 과학자들은 토성의 자전 주기를 측정하는 방법에 대해 설명했습니다.[83] 표면에 이 기간을 구할 수 있는 고정된 특징이 없기 때문에 전파 방출의 반복을 사용했습니다. 이 새로운 데이터는 지구로부터 측정된 최근의 값들과 일치했고, 과학자들에게 수수께끼를 만들었습니다. 1980년 보이저 1호가 처음 측정한 이후 전파 회전 주기가 달라졌고, 지금은 6분 더 길어진 것으로 드러났습니다. 그러나 이것이 행성의 전체적인 스핀의 변화를 나타내는 것은 아닙니다. 이는 전파원지역과 자기적으로 연결되어 있는 위도의 상층 대기와 전리층의 변동에 의한 것으로 생각됩니다.

2019년 NASA는 토성의 자전 주기를 토성 고리 지진학을 이용하여 계산한 10시간 33분 38초로 발표했습니다. 토성 내부로부터의 진동은 토성의 중력장에 진동을 일으킵니다. 이 에너지는 특정 위치의 고리 입자에 의해 흡수되어 파동으로 방출될 때까지 축적됩니다.[84] 과학자들은 이 파도들 중 20개 이상의 데이터를 사용하여 토성 내부의 모형들을 구성하여 그것의 회전 주기를 계산하는 데 기초를 제공했습니다.[85]

토성 궤도를 돌고 있는

토성은 주요 임무가 끝난 직후인 2008년에 분점에 도달했습니다.

2004년 7월 1일, 이 우주선은 7년간의 항해 끝에 F 고리와 G 고리 사이를 통과해 궤도에 올랐습니다.[86] 그것은 토성 궤도를 돈 최초의 우주선이었습니다.

카시니가 수행한 토성 궤도 삽입(SOI) 작전은 복잡해서 우주선이 토성 고리의 입자로부터 기구를 보호하기 위해 지구로부터 멀리, 비행 경로를 따라 고이득 안테나를 향하도록 요구했습니다. 일단 그 우주선이 링 비행기를 통과하면, 그것은 비행 경로를 따라 엔진을 가리키기 위해 다시 회전해야만 했고, 그리고 나서 토성이 그것을 잡을 수 있도록 하기 위해 엔진이 622 m/s만큼 그 우주선을 감속시키도록 발사했습니다.[87] 카시니는 태평양 일광 시간으로 2004년 6월 30일 오후 8시 54분경 토성의 중력에 포착되었습니다. 기동하는 동안 카시니는 토성의 구름 꼭대기로부터 20,000 킬로미터 (12,000 마일) 이내를 지나갔습니다.

카시니가 토성 궤도에 있을 때, 토성계로부터의 이탈은 2008년 임무 계획이 끝나는 동안 평가되었습니다.[88][clarification needed]

타이탄 플라이바이

타이탄 – 적외선 관측 (2004년 ~ 2017년)

카시니는 궤도 삽입 다음 날인 2004년 7월 2일, 토성의 가장 큰 위성인 타이탄이 타이탄으로부터 33만 9천 킬로미터 (211,000 마일) 이내로 접근했을 때 처음으로 비행했습니다. 특수 필터(달의 전 지구적인 아지랑이 사이로 볼 수 있는)를 통해 촬영된 이미지는 메탄으로 구성된 것으로 생각되는 남극 구름과 매우 다른 밝기를 가진 표면 특징들을 보여주었습니다. 2004년 10월 27일, 이 우주선은 타이탄이 달에서 겨우 1,200 km (750 마일) 위를 지나갈 때 계획된 45회의 근접 비행 중 첫 번째를 실행했습니다. 달의 아지랑이로 둘러싸인 표면의 첫 번째 레이더 이미지를 포함하여 거의 4 기가비트의 데이터가 수집되어 지구로 전송되었습니다. 타이탄의 표면(적어도 레이더로 덮인 지역)은 비교적 평평하며, 지형은 고도가 약 50m(160ft)에 불과하다는 것을 드러냈습니다. 플라이바이는 이전 커버리지에 비해 영상 해상도가 현저하게 향상되었습니다. 최대 100배 향상된 해상도의 이미지가 촬영되었으며 후속 타이탄 플라이바이를 위해 계획된 전형적인 해상도입니다. 카시니는 타이탄의 사진들을 모았고 메탄의 호수들은 지구의 물의 호수들과 비슷했습니다.

타이탄에 착륙한 호이겐스

주 기사: 호이겐스 (우주선)
외부이미지
image icon2005년 1월 14일, 하위헌스 탐사선 하강 사진(37페이지)
애리조나의 ESA/NASA/JPL/U. (ESA 호스팅)

카시니는 2004년 12월 25일, 안정성을 높이기 위해 탐사선을 회전시키기 위해 스프링과 나선형 레일을 이용해 호이겐스 탐사선을 발사했습니다. 2005년 1월 14일 타이탄의 대기권에 진입했고, 2시간 30분 동안 하강한 후 견고한 지면에 착륙했습니다.[6] 카시니는 하위헌스로부터 받은 하강 및 착륙 지점의 사진 중 350장을 성공적으로 중계했지만, 소프트웨어 오류로 인해 카시니 수신기 중 하나가 켜지지 않아 또 다른 350장의 사진이 손실되었습니다. 착륙하는 동안, 주의를 위해 나사는 Huygens에게 3개의 낙하산을 실었습니다.[89]

엔켈라두스 플라이바이

엔켈라두스의 유로파형 표면 가운데 라바타이트 술시(Labtayt Sulci) 골절과 왼쪽 아래 에보니(Ebony, 왼쪽)와 쿠파도르사(Cufadorsa)의 모습. 2005년 2월 17일 카시니가 촬영한 모습.

2005년 달 엔셀라두스의 첫 두 번의 근접 비행 동안 카시니는 얇지만 중요한 대기의 존재에 특징적인 국소 자기장의 편향을 발견했습니다. 그 때 얻은 다른 측정값은 이온화된 수증기를 주성분으로 합니다. 카시니는 또한 엔셀라두스의 남극에서 분출되는 수빙 간헐천을 관찰했는데, 이것은 엔셀라두스가 토성의 고리의 입자를 공급하고 있다는 생각에 더 많은 신뢰를 줍니다. 임무 과학자들은 달의 표면 근처에 폭발을 부채질하는 액체 물 주머니가 있을지도 모른다고 의심하기 시작했습니다.[90]

2008년 3월 12일, 카시니는 달 표면의 50km 이내를 지나며 엔셀라두스를 근접 비행했습니다.[91] 이 우주선은 질량 분석기로 물, 이산화탄소 및 다양한 탄화수소를 감지하는 동시에 주변보다 훨씬 높은 온도의 표면 특징을 적외선 분광기로 매핑하여 남쪽 간헐천에서 뻗어 나온 기둥을 통과했습니다.[92] 카시니는 알 수 없는 소프트웨어 오작동으로 우주 먼지 분석기로 데이터를 수집할 수 없었습니다.

2009년 11월 21일, 카시니는 엔셀라두스의 8번째 비행을 했고,[93] 이번에는 다른 기하학적 구조로 표면으로부터 1,600 km (990 mi) 이내로 접근했습니다. 복합 적외선 분광기(CIRS) 장비는 바그다드 술쿠스 '호랑이 줄무늬'에서 나오는 열 방출 지도를 만들었습니다. 반환된 데이터는 달의 토성을 향하는 반구의 남쪽 부분의 상세하고 고해상도 모자이크 이미지를 만드는 데 도움이 되었습니다.

카시니가 토성 궤도에 진입한 지 거의 10년이 지난 2014년 4월 3일, 나사는 엔셀라두스에 액체 상태의 거대한 짠 내부 바다가 있다는 증거를 보고했습니다. 엔셀라두스는 달의 암석 중심부와 맞닿아 있는 내부 짠 바다의 존재로 인해 "태양계에서 외계 미생물이 서식할 가능성이 가장 높은 곳 중 하나"가 되었습니다.[94][95][96] 2014년 6월 30일, 나사는 카시니가 토성과 그것의 위성을 탐사한 지 10년이 되는 것을 기념했고, 다른 발견들 중 엔셀라두스에서의 수중 활동의 발견을 강조했습니다.[97]

2015년 9월, 나사는 카시니의 중력과 영상 데이터가 엔셀라두스 궤도의 도서관을 분석하는 데 사용되었으며 달의 표면이 단단히 결합되어 있지 않다고 결정했으며 따라서 지하 해양의 범위가 전 지구적이어야 한다는 결론을 내렸다고 발표했습니다.[98]

2015년 10월 28일, 카시니는 엔켈라두스의 근접 비행을 수행하여 지표면으로부터 49 km (30 mi) 이내로 와서 남극 위의 얼음 기둥을 통과했습니다.[99]

2023년 12월 14일, 천문학자들은 엔셀라두스의 기둥에서 우리가 알고 있는 생명에 필수적인 화학물질인 시안화수소와 다른 유기 분자들을 처음으로 발견했다고 보고했습니다. 연구원들에 따르면, "이 [새로 발견된] 화합물들은 잠재적으로 현존하는 미생물 군집을 지원하거나 생명의 기원으로 이어지는 복잡한 유기 합성을 유도할 수 있습니다."[100][101]

토성 고리의 전파 엄폐

2005년 5월 카시니는 일련의 전파잠식 실험을 시작하여 토성 고리의 입자 크기 분포를 측정하고 토성 자체의 대기를 측정했습니다. 4개월이 넘는 기간 동안, 이 우주선은 이 목적을 위해 설계된 궤도를 완성했습니다. 이 실험을 하는 동안, 그것은 지구에서 볼 때 토성의 고리 평면 뒤를 날았고, 입자를 통해 전파를 전달했습니다. 지구에서 수신한 무선 신호를 주파수, 위상, 전력 이동 등으로 분석해 고리의 구조를 파악했습니다.

위쪽 이미지: 2004년 12월 12일 찍은 토성 고리의 가시색 모자이크. 하부 이미지: 2005년 5월 3일 전파잠식 관측으로 구축한 모의 뷰. 아래 이미지의 색상은 고리 입자 크기를 나타냅니다.

링 내 스포크 확인됨

2005년 9월 5일에 촬영된 사진에서 카시니는 토성 고리에서 스포크를 발견했는데,[102] 이전에는 1977년에 육안 관측자 스티븐 제임스 오메아라만 관측되었고 1980년대 초 보이저 우주 탐사선에 의해 확인되었습니다.[103][104]

타이탄 호수

메인 기사: 타이탄의 호수
왼쪽의 리게이아 마레는 슈페리어 호수와 규모가 비교됩니다.
타이탄 - 리게이아 마레의 진화하는 특징 (2014년 8월 21일).

2006년 7월 21일에 입수한 레이더 영상은 타이탄의 북위에 있는 액체 탄화수소(메탄, 에탄 등)의 호수를 보여주는 것으로 보입니다. 이것은 지구 이외의 곳에서 현재 존재하는 호수를 처음으로 발견한 것입니다. 호수의 크기는 너비가 1km에서 100km까지 다양합니다.[105]

2007년 3월 13일, 제트추진연구소는 타이탄의 북반구에서 메탄과 에탄의 바다에 대한 강력한 증거를 발견했다고 발표했습니다. 이들 중 적어도 하나는 북아메리카의 어떤 오대호보다도 더 큽니다.[106]

토성 허리케인

2006년 11월, 과학자들은 토성의 남극에서 뚜렷한 눈벽을 가진 폭풍을 발견했습니다. 이것은 지구상에서 허리케인의 특징이며 이전에 다른 행성에서 본 적이 없었습니다. 지상 허리케인과는 달리, 폭풍은 극에 정지해 있는 것으로 보입니다. 폭풍은 가로 8,000km(5,000마일), 높이 70km(43마일)이며 바람은 시속 560km(350mph)로 불고 있습니다.[107]

이아페투스 fly by

2007년 9월 10일 62,331 km (38,731 mi) 거리에서 찍은 이아페투스의 적도 능선과 표면이 드러납니다. (CL1 및 CL2 필터)
2007년 이아페투스 표면 클로즈업

2007년 9월 10일, 카시니는 이상하고 두 개의 톤을 가진 호두 모양의 달 이아페투스의 비행을 마쳤습니다. 사진들은 표면으로부터 1,600 km (1,000 mi) 위에서 찍혔습니다. 그것이 이미지들을 지구로 다시 보낼 때, 그것은 일시적으로 안전 모드에 들어가야 했던 우주 광선에 부딪혔습니다. 플라이바이의 모든 데이터가 복구되었습니다.[108]

미션확장

2008년 4월 15일, 카시니는 27개월간의 연장 임무를 위한 자금을 받았습니다. 토성의 궤도는 60개가 더 있으며, 타이탄 플라이바이는 21개, 엔셀라두스는 7개, 미마스는 6개, 테티스는 8개, 디오네, 레아, 헬레네는 각각 1개의 표적 플라이로 구성되어 있습니다.[109] 확장된 임무는 2008년 7월 1일에 시작되었고, 토성의 추분과 임무가 일치함에 따라 카시니 추분 임무로 이름이 변경되었습니다.[110]

2차 임무 연장

2010년 9월부터 2017년 5월까지 NASA에 두 번째 임무 연장 제안서가 제출되었으며, 임시 명칭은 확장 임무 또는 XXM입니다.[111] 이 ($60M pa)는 2010년 2월에 승인되었으며, 카시니 하지 미션으로 이름이 변경되었습니다.[112] 토성 궤도를 155번 더 도는 카시니를 포함해 타이탄의 54번, 엔켈라두스의 11번을 추가로 비행했습니다.

2010년 대폭풍과 그 여파

2011년 북반구 폭풍

2012년 10월 25일, 카시니는 토성에서 대략 30년마다 재발하는 거대한 대백점 폭풍의 여파를 목격했습니다.[113] CIRS(복합 적외선 분광계) 장비의 데이터에 따르면 토성의 성층권에서 83 K(83 °C; 149 °F) 이상의 온도 급상승을 일으킨 폭풍으로부터의 강력한 방출이 나타났습니다. 동시에, 미국항공우주국(NASA) 연구원들은 메릴랜드주 그린벨트에 있는 고다드 연구센터에서 에틸렌 가스의 엄청난 증가를 감지했습니다. 에틸렌은 토성에서 매우 흔하지 않은 무색의 가스로, 자연적으로 그리고 지구상의 인공적인 원천을 통해 생산됩니다. 이 방전을 일으킨 폭풍은 2010년 12월 5일 토성 북반구에서 처음 관측되었습니다. 이 폭풍은 토성 주변 궤도에서 우주선에 의해 관측된 최초의 것일 뿐만 아니라 열적외선 파장에서 관측된 최초의 것으로, 과학자들이 토성 대기의 온도를 관찰하고 육안으로 볼 수 없는 현상을 추적할 수 있게 해줍니다. 폭풍에 의해 생성된 에틸렌 가스의 스파이크는 토성에서 가능하다고 생각되는 것보다 100배나 더 많은 수준에 이르렀습니다. 과학자들은 또한 목격된 폭풍이 태양계에서 발견된 것 중 가장 크고 뜨거운 성층권 소용돌이이며, 처음에는 목성의 대적점보다 더 컸다고 밝혔습니다.

금성 통과

2012년 12월 21일 카시니는 금성이 태양을 통과하는 것을 관측했습니다.[114] VIMS 기기는 금성 대기를 통과하는 햇빛을 분석했습니다.[114] VIMS는 이전에 외계 행성 HD 189733 b의 통과를 관측했습니다.[114]

지구가 웃은 날

지구가 웃는 날 - 이 카시니 몽타주에서 볼 수 있는 것처럼 위성, 지구, 금성, 화성의 일부가 있는 토성 (2013년 7월 19일)[115]
주 기사: 지구가 웃은 날

2013년 7월 19일, 탐사선은 토성 전체의 자연광 다중 이미지 초상화의 일부로서 지구와 달의 이미지를 포착하기 위해 지구를 향했습니다. 이 행사는 나사가 대중에게 장거리 사진을 미리 촬영하고 있다는 것을 처음으로 알린 것이어서 독특했습니다.[115][116] 영상팀은 카시니 과학자 캐롤린 포르코(Cassini Porco)가 이 순간을 "Pale Blue Dot에서 생명을 기념할 수 있는 기회"라고 설명하면서 사람들이 미소를 짓고 하늘로 손을 흔들기를 바란다고 말했습니다.[117]

레아 플라이바이

2015년 2월 10일, 카시니 우주선은 레아를 47,000 km (29,000 mi) 이내로 더 가까이 방문했습니다.[118] 이 우주선은 카메라로 달을 관측하여 레아의 가장 높은 해상도의 컬러 이미지를 만들어냈습니다.[119]

하이페리온 플라이바이

카시니는 2015년 5월 31일 토성의 위성 하이페리온의 최근 비행을 약 34,000 km (21,000 mi) 거리에서 수행했습니다.[120]

Hyperion - 컨텍스트 보기
37,000km(23,000마일)에서
(2015. 5. 31.)
하이페리온 - 클로즈업 보기
38,000km(24,000마일)에서
(2015. 5. 31.)

디온 플라이바이

카시니는 2015년 8월 17일 토성의 위성 디오네의 마지막 비행을 약 475 km (295 mi) 거리에서 수행했습니다. 이전의 비행은 6월 16일에 행해졌습니다.[121]

육각형이 색을 바꿉니다.

메인 기사: 토성의 육각형

2012년과 2016년 사이에 토성 북극의 지속적인 육각형 구름 패턴은 대부분 파란색에서 더 황금색으로 변했습니다.[122] 이것에 대한 한 가지 이론은 계절적 변화입니다: 태양에 장기간 노출되면 극이 태양을 향해 회전하면서 아지랑이가 생길 수 있습니다.[122] 이전에는 2004년과 2008년 사이에 토성의 전체적으로 파란색이 적었다고 언급했습니다.[123]

  • 2012 and 2016: hexagon color changes
    2012년과 2016년: 육각색상 변화
  • 2013 and 2017: hexagon color changes
    2013년과 2017년: 육각색상 변화

그랜드 피날레와 파괴

주 기사: 카시니 은퇴
카시니의 대단원 애니메이션
카시니· 토성

카시니의 종말에는 일련의 근접 토성 통과가 포함되어 고리 안으로 접근한 다음 2017년 9월 15일 우주선을 파괴하기 위해 토성 대기로 진입했습니다.[6][11][88] 이 방법이 선택된 이유는 잠재적인 거주 가능성을 제공하는 것으로 생각되는 토성의 위성에 대한 보호와 생물학적 오염을 방지하는 것이 필수적이기 때문입니다.[124]

2008년에는 이 목표를 달성하기 위해 다양한 자금, 과학 및 기술적 과제를 안고 있는 여러 가지 옵션을 평가했습니다. 임무 종료를 위한 짧은 토성 충돌은 "탁월한" 평가를 받았고, "D-ring 옵션은 달성되지 않은 AO 목표를 만족시키고,[definition needed] 값이 싸고 쉽게 달성할 수 있다"는 이유로 "탁월한" 평가를 받았고, 얼음 달과의 충돌은 "싸고 어디서나 달성할 수 있다"는 이유로 "좋다"고 평가되었습니다.[citation needed]

2013-14년에 나사가 그랜드 피날레를 위해 미국 정부의 자금을 지원받는 내용의 예산 드라마가 있었습니다. 그랜드 피날레의 두 단계는 메인 카시니 정규 미션과는 전혀 다르다는 점에서 디스커버리 프로그램급 미션을 두 번이나 수행한 것과 맞먹었습니다. 2014년 말 미국 정부는 2억 달러를 들여 그랜드 피날레를 승인했습니다. 이것은 디스커버리급의 별도 임무에서 두 개의 새로운 탐사선을 구축하는 것보다 훨씬 저렴했습니다.[125]

2016년 11월 29일, 우주선은 타이탄 플라이바이를 수행하여 F-링 궤도의 관문으로 가져갔습니다. 이것은 지구와의 영향으로 절정에 이른 그랜드 피날레 단계의 시작이었습니다.[126][127] 2017년 4월 22일 타이탄의 마지막 비행은 토성과 내부 고리 사이의 틈을 통과하여 날기 위해 궤도를 다시 변경했습니다. 카시니는 토성의 구름층 위로 약 3,100 km (1,900 mi)와 안쪽 고리의 가시 가장자리로부터 320 km (200 mi)를 지나갔습니다. 그것은 성공적으로 토성의 대기의 이미지를 찍었고 다음 날 데이터를 돌려주기 시작했습니다.[128] 9월 15일, 22번의 궤도를 더 돈 후, 토성의 대기권으로 들어가는 것으로 임무가 종료되었습니다. 예측보다 30초 늦은 2017년 9월 15일 11시 55분 46초에 신호가 손실되었습니다. 우주선은 마지막 송신 후 약 45초 후에 전소된 것으로 추정됩니다.

2018년 9월, 나사는 토성에서 카시니 임무의 그랜드 피날레 발표로 에미상(Emmy Award for Outstanding Original Interactive Program)을 수상했습니다.[129]

2018년 12월, 넷플릭스는 "NASA의 카시니 미션"을 시리즈 7 Days Out을 통해 우주선이 그랜드 피날레를 완성하기 위해 토성에 충돌하기 전 카시니 미션에 대한 마지막 작업일을 기록했습니다.

2019년 1월, 카시니의 그랜드 피날레 단계에서 수집된 데이터를 이용한 새로운 연구 결과가 발표되었습니다.

  • 고리와 행성을 지나는 마지막 근접 통과는 과학자들이 토성에서의 하루의 길이를 측정할 수 있게 해주었습니다: 10시간 33분 38초입니다.
  • 토성의 고리는 1천만년에서 1억년 정도 된 비교적 새로운 고리입니다.[130]
그랜드 피날레 전 토성 궤도를 도는 카시니 (예술가 컨셉)
토성의 카시니 충돌 지점 (시각/IR 지도 분광기; 2017년 9월 15일)
2017년 4월 26일, 카시니가 그랜드 피날레의 시작과 함께 첫 다이빙을 하면서 찍은, 구름층으로부터 약 3,100 km (1,900 mi) 상공의 토성 대기의 근접 사진
카시니가 토성을 향해 내려올 때 찍은 마지막 사진(색상). 이 사진은 2017년 9월 14일 UTC 19시 59분에 토성 위 63만 4천 킬로미터 (39만 4천 마일)에서 촬영되었습니다.[131]
카시니 우주선의 이미징 카메라에 의해 촬영된 마지막 이미지(b&w) (2017년 9월 14일 19:59 UTC)
카시니의 그랜드 피날레 미션을 상세히 설명한 영상(03:40)과 미션이 무엇을 이루었는지 돌아보는 영상.

미션

우주선 작전은 일련의 임무를 중심으로 조직되었습니다.[132] 각각은 일정한 자금, 목표 등에 따라 구성됩니다.[132] 17개국에서 온 적어도 260명의 과학자들이 카시니호를 연구했습니다.Huygens 미션, 그리고 수천 명의 사람들이 미션을 설계, 제작, 착수하기 위해 일했습니다.[133]

  • 2004년 7월~2008년 6월 프라임 미션.[134][135]
  • 카시니 이쿼녹스 미션(Cassini Equinox Mission)은 2008년 7월부터 2010년 9월까지 2년간 진행된 미션입니다.[132]
  • 카시니 하지 미션은 2010년 10월부터 2017년 4월까지 진행되었습니다.[132][136] (XXM 미션이라고도 합니다.)[123]
  • 2017년 4월부터 9월 15일까지,[136] 그랜드 피날레 (토성으로 향하는 우주선).

용어집

  • AACS: 자세 및 아티큘레이션 제어 서브시스템
  • ACS: 자세 제어 서브시스템
  • AFC: AACS 플라이트 컴퓨터
  • ARWM: 관절형 반작용 휠 메커니즘
  • ASI: 이탈리아 우주국 아젠치아 스파지알레 이탈리아나
  • BIU: 버스 인터페이스 장치
  • BOL: 생명의 시작
  • CAM: 명령 승인 회의
  • CDS: Command and Data Subsystem(명령 및 데이터 서브시스템)—계기에서 데이터를 명령하고 수집하는 캐시니 컴퓨터
  • CICLOPS: 2008년 5월 1일 Wayback Machine에 보관된 Cassini Imaging Central Laboratory
  • CIMS: 카시니 정보관리시스템
  • CIRS: 복합 적외선 분광기
  • DCSS: 하강 제어 서브시스템
  • DSCC: 심우주통신센터
  • DSN: 심우주 네트워크(지구 주변의 대형 안테나)
  • DTSTART: 데드 타임 시작
  • ELS: 전자 분광계(CAPS 계측기의 일부)
  • EOM : 미션 종료
  • ERT: 지구가 수신한 시간, 사건의 UTC
  • ESA: 유럽 우주국
  • ESOC: 유럽 우주 운영 센터
  • FSW: 비행 소프트웨어
  • HGA: 고이득 안테나
  • HMCS: Huygens 모니터링 및 제어 시스템
  • HPOC: Huygens 탐사선 운영 센터
  • IBS: 이온 빔 분광계(CAPS 계측기의 일부)
  • IEB: 계측기 확장 블록(계기 명령 시퀀스)
  • IMS: 이온 질량 분석기(CAPS 계측기의 일부)
  • ITL: 통합시험실—우주선 시뮬레이터
  • IVP: 관성 벡터 전파기
  • LGA: 저이득 안테나
  • NAC: 협각 카메라
  • 나사: 미국 항공우주국, 미국 항공우주국
  • OTM: 궤도 트림 기동
  • PDRS: 프로브 데이터 릴레이 서브시스템
  • PHS: 프로브 하니스 서브시스템
  • POSW: 프로브 온보드 소프트웨어
  • PPS: 전력 및 폭약 서브시스템
  • PRA: 프로브 릴레이 안테나
  • PSA: 탐침 지원 항공전자
  • PSIV: 예비 시퀀스 통합 및 검증
  • PSE: 탐침지원장비
  • 반응제어시스템
  • 무선 주파수 서브시스템
  • RPX: 링 평면 교차
  • RWA: 반작용 휠 어셈블리
  • SCET: 우주선 이벤트 시간
  • SCR: 시퀀스 변경 요청
  • SKR: 토성 킬로미터 방사선
  • SOI: 토성 궤도 삽입 (2004년 7월 1일)
  • SOP: 과학 운영 계획
  • SSPS: 솔리드 스테이트 전원 스위치
  • SSR: 솔리드 스테이트 레코더
  • SSUP: 과학 및 시퀀스 업데이트 프로세스
  • TLA: 열 루버 어셈블리
  • USO: 초안정 발진기
  • VRHU: 가변 방사성 동위원소 히터 장치
  • WAC: 광각 카메라
  • XXM: 확장 미션

참고 항목

참고문헌

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