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매리너 1호

Mariner 1
매리너 1호
Mariner 2.jpg
아티스트의 비행 중인 마리너 렌더링
미션형비너스 플라이비
연산자나사 / JPL
임무 기간294.5초
궤도에 진입하지 못함
우주선 속성
우주선형메리너
레인저 블록 I 기준
제조사제트 추진 연구소
발사 질량202.8kg(447lb)
미션의 시작
출시일자1962년 7월 22일 09:21:23 (1962-07-22)UTC09:21:23Z) GMT
로켓아틀라스 LV-3 아게나-B
발사장케이프 커내버럴, LC-12
매리너 2 →

금성의 첫 미국 행성 비행을 수행하기 위해 건설된 마리너 1호는 NASA의 행성간 마리너 프로그램의 첫 우주선이었다.제트추진연구소가 개발했고, 원래 1962년 여름 발사된 특수 목적의 탐사기로 계획되었던 메리너 1호의 디자인은 그 이른 시기에 센타우르스가 사용할 수 없다는 것이 증명되면서 바뀌었다.그리고 나서 마리너 1호(그리고 그것의 형제 우주선 메리너 2)는 더 가벼운 레인저 달 우주선에서 개조되었다.매리너 1호는 금성의 온도를 결정하기 위한 일련의 실험들을 수행했고 행성 근처와 행성간 공간에서 자기장과 전하 입자를 측정했다.

마리너 1호는 1962년 7월 22일 케이프 커내버럴의 패드 12에서 아틀라스-아제나 로켓에 의해 발사되었다.발사 직후 로켓과 지상 유도 시스템 간의 통신 오류로 인해 로켓이 진로를 이탈하게 되었고, 그것은 사정거리 안전에 의해 파괴되어야만 했다.이 오류들은 곧 안내 프로그램 캐릭터 중 하나에서 하이픈 모양의 기호가 누락된 것으로 추적되었다.공상 과학 소설 작가 아서 C. 클라크는 이 오류를 "역사상 가장 비싼 하이픈"이라고 설명했다.

배경

마리너 2호의 궤적이 황색면에 투사되었다.

냉전의 등장으로 당시 초강대국인 미국과 소련은 둘 다 군사, 기술, 정치적 우위를 과시할 목적으로 야심찬 우주 프로그램을 시작했다.[1]소련은 1957년 10월 4일 지구 궤도를 도는 최초의 위성인 스푸트니크 1호를 발사했다.미국인들은 1958년 2월 1일 탐험가 1호를 따라갔는데, 이때쯤 소련은 이미 스푸트니크 2호에서 최초의 궤도를 선회하는 동물인 라이카를 발사했다.지구의 궤도에 도달했고, 초점은 달로 향하는 첫 번째 궤도로 바뀌었다.인공위성의 파이오니어 프로그램은 1958년에 세 번의 실패한 달 시도로 구성되었다.1959년 초 소련 루나 1호는 달 옆을 비행한 최초의 탐사선이었고, 그 뒤를 이어 달에 충격을 준 최초의 인공물체인 루나 2호가 있었다.[2]

달이 달성하자 초능력자들은 행성으로 눈을 돌렸다.지구에서 가장 가까운 행성으로서 금성은 매력적인 행성간 우주 비행 목표를 제시했다.[3]: 172 매 19개월마다 금성과 지구는 태양 주위의 궤도에서 상대적인 위치에 도달하기 때문에 호만 트랜스퍼 궤도를 통해 한 행성에서 다른 행성으로 이동하는 데 최소한의 연료가 필요하다.이러한 기회들은 여행을 하는데 가장 적은 연료를 필요로 하는 탐사 우주선을 발사하기에 가장 좋은 시기를 나타낸다.[4]

우주 경주의 첫 번째 기회는 1957년 말, 어느 초강대국이 그것을 이용할 수 있는 기술을 갖기 전에 일어났다.1959년 6월경, 두 번째 기회는 기술적 실현가능성의 바로 코앞에 놓여 있었고, 미 공군 계약자 우주기술연구소(STL)는 이를 이용하고자 했다.1959년 1월 초안된 계획에는 첫 번째 파이오니어 탐사선으로부터 진화한 두 개의 우주선이 포함되었는데 하나는 토르 어블 로켓을 통해 발사될 것이고 다른 하나는 아직 검증되지 않은 아틀라스 어블을 통해 발사될 것이다.[5]STL은 6월 이전에 탐침을 완료하지 못해 발사창을 놓쳤다.[6]토르 어블 탐사선은 1960년 3월 11일에 발사되어 금성 궤도를 향해 이동하면서 지구와의 통신을 최대 2,000,000,000 mi(3,200,000 km) 거리까지 유지할 수 있도록 고안된 심해 탐사선 파이오니어 5로 용도 변경되었다.(아틀라스 어블 탐사선 개념은 성공적이지 못한 파이오니어 아틀라스 문 탐사선으로 용도 변경되었다.)[7][8]1961년 초의 기회 동안 미국 임무는 파견되지 않았다.소련은 1961년 2월 12일 베네라 1호를 발사했고 5월 19~20일 금성 부근을 비행한 최초의 탐사선이 되었지만 2월 26일 전송을 중단했다.[9]

1962년 여름 발사 기회를 위해 NASA는 1960년 7월 제트추진연구소(JPL)와 계약해 아직 개발되지 않은 아틀라스-센타우르스를 이용해 발사할 1250파운드(570kg)의 우주선 '마리너 A'를 개발했다.1961년 8월까지 센타우르족은 제시간에 준비가 되지 않을 것이 분명해졌다.JPL은 NASA에 이 임무는 덜 강력하지만 작동 중인 아틀라스-아제나를 사용하여 더 가벼운 우주선으로 수행될 수 있다고 제안했다.이미 개발 중인 마리너 A와 JPL의 블록 1 레인저 달 탐사기의 하이브리드 개발이 제안되었다.NASA는 이 제안을 받아들였고, JPL은 "Mariner R"을 개발하기 위해 11개월의 충돌 프로그램을 시작했다(Ranger 파생상품이기 때문에 그렇게 명명되었다).메리너 1호는 최초로 발사된 마리너 R이었다.[10]

우주선

메리너 1호와 다른 두 개의 마리너 R 우주선이 제작되었는데, 두 개는 발사용이고 한 개는 시험용인데, 이 우주선은 예비 우주선으로도 사용될 예정이었다.[3]: 174 마리너는 과학적인 능력과는 별개로 2600만 mi(4200만 km) 이상의 거리에서 데이터를 지구로 다시 전송해야 했고, 지구 궤도에서 마주친 것보다 두 배나 강렬한 태양 복사를 견뎌내야 했다.[3]: 176

구조

마리너 1호 도표

마리너 1호를 포함한 3대의 마리너 R 우주선은 모두 447파운드(203㎏)의 설계 중량의 3파운드(1.4㎏), 그 중 406파운드(184㎏)의 무게로 명령을 받고 데이터를 전송하기 위한 기동 시스템, 연료, 통신장비 등 비실험 시스템에 바쳐졌다.두 개의 태양 전지판 "윙"이 연장된 상태에서 우주에 완전히 전개된 마리너 R은 높이가 12피트(3.7m), 가로 16.5피트(5.0m)이었다.이 기구의 본체는 6각형이며 6개의 전자 및 전자기계 장비 케이스가 별도로 제공되었다.

  • 이 중 2건은 전력 시스템을 구성했다: 9800개의 태양 전지에서 33.3파운드(15.1kg)의 충전식 1000와트[11] 실버진크 저장 배터리로 전력을 조절하고 전송하는 개폐 장치.
  • 그 외에 무선 수신기, 3와트 송신기, 메리너의 실험을 위한 제어 시스템이 2개 더 있었다.
  • 다섯 번째 케이스는 전송을 위한 실험에서 수신한 아날로그 데이터를 디지털화하기 위한 전자장치를 가지고 있었다.
  • 여섯 번째 케이스에는 마리너의 우주 방향을 결정하는 세 개의 자이로스코프가 실려 있었다.그것은 또한 메모리 뱅크의 코드와 지구상의 장비에 맞춘 전자 시계에 의해 유지되는 스케줄에 따라 모든 활동을 조정했던 우주선의 "브레인"인 중앙 컴퓨터와 시퀀서를 보유했다.[3]: 175

우주선 후면에는 코스 교정을 위해 단로형(무수 하이드라진) 225 N[11] 로켓 모터가 탑재됐다.질소 가스는 탑재된 자이로스코프, 태양 센서, 지구 센서에 의해 제어되는 10개의 제트 노즐의 안정화 시스템을 작동시켰고, 메리너는 데이터를 수신하고 지구로 전송하기 위한 적절한 방향을 유지했다.[3]: 175

1차 고득 포물선 안테나도 메리너 밑면에 탑재해 지구를 향해 계속 조준했다.우주선의 꼭대기에 있는 전방위 안테나는 지구와의 접촉을 유지하기 위해 우주선이 적절한 방향에서 굴러 나오거나 굴러나오고 있다는 것을 방송할 것이다; 초점이 맞지 않는 안테나로서, 그것의 신호는 1차 안테나보다 훨씬 약할 것이다.메리너는 또한 지상국의 명령을 받기 위해 각각의 날개에 작은 안테나를 장착했다.[3]: 175–176

온도 제어는 수동적이고 절연 및 고반사 구성품을 포함하며 능동적이었으며, 탑재된 컴퓨터를 운반하는 케이스를 보호하기 위해 루버를 통합했다.최초의 마리너스가 건설되었을 당시, 베누스에 가까운 태양 환경을 시뮬레이션할 수 있는 테스트 챔버가 존재하지 않았기 때문에, 이러한 냉각 기술의 효능은 실전에 이르기까지 테스트할 수 없었다.[3]: 176

과학 패키지

배경

마리너 프로젝트가 시작될 당시에는 비너스의 특성 중 확실히 알려진 것은 거의 없었다.그것의 불투명한 대기 때문에 지면에 대한 망원경 연구가 불가능했다.그 위로 소량의 수증기가 검출되었음에도 불구하고 구름 밑에 물이 있는지 알 수 없었다.JPL 과학자들은 레이더 관찰을 통해 금성이 지구에 비해 매우 느리게 회전한다고 결론을 내렸으나, 행성의 회전율은 불확실했다. 이는 행성이 태양과 관련하여 일시적으로 잠겨 있었다는 오랜 가설[12](그러나 후에 반증[13])[14]을 발전시켰다.금성의 대기에서는 산소가 검출되지 않아 지구상에 존재하는 생명체가 존재하지 않음을 시사했다.금성의 대기는 지구의 최소 500배 이상의 이산화탄소를 함유하고 있는 것으로 결정되었었다.이러한 비교적 높은 수준들은 이 행성이 600 K(327 °C, 620 °F)의 높은 표면 온도로 인해 온실 효과의 폭주를 받을 수 있다는 것을 시사했지만, 이것은 아직 결정적으로 결정되지 않았다.[10]: 7–8

메리너 우주선은 금성의 온도를 클로즈업해서 측정함으로써 이 가설을 검증할 수 있을 것이다.[15] 그와 동시에, 우주선은 야간과 주간 온도 사이에 상당한 차이가 있는지를 판단할 수 있을 것이다.[10]: 331 온보드 자기계 및 충전된 입자 감지기를 통해 금성이 감지할 수 있는 자기장과 지구의 밴 앨런 벨트와 유사성을 가지고 있는지 확인할 수 있다.[15]

메리너 우주선은 금성으로 가는 여정의 대부분을 행성간 공간에서 보내게 될 것이기 때문에, 이 임무는 또한 충전된 입자의 태양 바람을 장기간 측정하고 태양의 자기권의 변화를 지도화하는 기회를 제공했다.지구 근처 너머의 우주 먼지 농도도 탐사할 수 있다.[3]: 176

실험

금성과 행성간 공간의 측정을 위한 실험은 다음과 같다.

  • 중앙 프레임에 장착된 우주 분진 밀도 측정을 위한 결정 마이크.
  • 태양풍에서 저에너지 양성자를 계수하기 위한 양성자 검출기로, 중앙 프레임에도 탑재된다.
  • 행성간 공간과 금성 등가물(지구의 밴 앨런 벨트)에서 고에너지 충전 입자를 측정하기 위한 가이거 뮐러(GM)관 2개와 이온실(이온실)이 있다(이것은 나중에 존재하지 않는 것으로 나타났다).이것들은 우주선이 우주선의 금속 구조물에 부딪혀 발생하는 2차 방사뿐만 아니라 제어장비의 자기장을 피하기 위해 메리너의 긴 축에 탑재되었다.
  • 특히 금성 부근의 낮은 에너지 방사선을 측정하기 위한 안톤 특수 목적의 GM 튜브도 중앙 프레임으로부터 멀리 장착되었다.
  • 태양과 금성의 자기장을 측정하기 위한 3축 플럭스게이트 자력계로[11], 중앙 프레임에서 멀리 탑재되기도 한다.
  • 직경 20인치(510mm), 깊이 3인치(76mm)의 포물선 안테나로 두 개의 마이크로파 파장(19mm, 13.5mm)으로 금성을 위아래로 스캔하도록 설계한 전자파 방사선계가 뜨거운 지점을 발견하면 속도를 늦추고 후진했다.19mm 파장은 행성 표면의 온도를 측정하기 위한 것이고 13.5mm 파장은 금성의 구름 꼭대기 온도를 측정하기 위한 것이었다.그 기구는 중앙 프레임 바로 위에 장착되었다.
  • 비너스의 온도를 병렬 측정하기 위한 적외선 광학 센서 2개(한 개는 8~9미크론, 다른 한 개는 10~10.8미크론)도 중앙 프레임 위에 장착했다.[3][10]: 9 [15]

마리너 R 우주선에 포함되지 않은 것은 비주얼 사진용 카메라였다.페이로드 공간이 프리미엄인 상황에서 프로젝트 과학자들은 카메라를 쓸모 있는 과학적 결과를 반환할 수 없는 불필요한 사치라고 여겼다.메리너 R의 과학자 중 한 명인 칼 세이건은 금성의 구름층에 틈이 생길 수 있을 뿐만 아니라 "카메라가 우리가 제기하기에는 너무 어리석었던 질문에 대답할 수 있다"[16]고 언급하면서 그들의 포함을 위해 성공적으로 싸웠다.

비행 계획 및 지상 운영

우메라의 통신소

지구와 금성의 궤도 관계와 아틀라스 아게나의 한계 둘 다에 제약을 받은 마리너의 발사창구는 7월 22일부터 9월 10일까지 51일간에 걸쳐서 추락할 것으로 결정되었다.[3]: 174 마리너 비행 계획은 이 창문 안에서 두 개의 운용 우주선이 30일 이내에 금성을 향해 발사될 수 있는 것으로, 12월 8일에서 16일 사이에 서로 9일 이내에 목표 행성에 도착할 수 있는 약간 다른 경로를 취한다.[17]아틀라스-아제나 로켓 발사는 케이프 커내버럴 발사 단지 12호만이 가능했고, 아틀라스-아제나를 발사 준비하는데 24일이 걸렸다.이는 두 번의 발사 일정에 27일의 오차범위 밖에 남지 않았다는 것을 의미했다.[3]: 174

각 메리너는 주차 궤도로 발사되어 재가동 가능한 아제나가 두 번째로 발사되어 마리너를 금성으로 가는 길에 놓이게 된다(궤도의 오차는 마리너의 탑재 엔진의 중간 코스 화상으로 보정될 것이다).[10]: 66–67 매리너 우주선이 주차궤도에 있을 때 그리고 출발할 때 실시간으로 레이더 추적은 어센션과 프레토리아에 있는 관측소와 함께 실시간 레이더 추적을 제공하고 팔로마 천문대는 광학 추적을 제공한다.심층 공간 지원은 캘리포니아 주 골드스톤, 호주 우메라, 남아프리카 요하네스버그의 3개 추적통신국이 각각 지구상에서 120도 가량 분리해 지속적인 커버리지를 위해 제공했다.[10]: 231–233

실행 실패

매리너 1과 함께 아틀라스 아게나

마리너 1호의 발사는 1962년 7월 21일 새벽으로 예정되어 있었다.사정거리 안전 지휘계통에 문제가 생겨 몇 차례 지연되면서 전날 밤 11시 33분까지 카운트다운 시작을 미뤘다.발사 79분 전인 오전 2시 20분, 사거리 안전회로에 퓨즈가 끊어져 발사가 취소됐다.카운트다운은 그날 밤 리셋되어 오후 11시 8분부터 다음날 새벽까지 여러 번의 홀드, 계획 및 계획되지 않은 상태로 진행되었다.

1962년 7월 22일 오전 9시 21분 23분에 메리너 1호의 아틀라스-아제나가 12번 패드에서 이륙했다.발사 직후 부스터는 계획된 궤적에서 북동쪽으로 표류하기 시작했다.로켓에 정확한 조종 명령이 전달되었지만 아틀라스-아제나는 로켓 충돌 시 북대서양 선적 및/또는 거주 지역을 위태롭게 하면서 항로를 더 이탈했다.로켓 파괴가 불가능할 아그나 2단이 아틀라스호에서 분리될 예정이었던 오전 9시26분16초, 한 사거리 안전요원이 로켓을 자폭하라는 명령을 내렸는데, 그렇게 된 것이다.[10]: 87

오작동의 원인

JPL 엔지니어들은 항로에서 급격한 편차가 아닌 점진적인 편차로 인해 상승 중 아틀라스-아제나를 지상에서 유도하는 비행 방정식에 결함이 있는 것으로 의심했다.[17]비행 후 5일간의 분석 후에 JPL 엔지니어들은 무엇이 Mariner 1의 오작동을 야기시켰는지 알아냈다: 하드웨어 고장과 결합된 유도 컴퓨터 논리의 오류.[18]

손으로 쓴 유도 방정식에는 기호 "R" ("라디우스"의 경우)가 들어 있었다.이 "R"에는 선("R-bar" 또는 R")이 있어야 하며, 이는 초기 계산에서 오는 트랙 데이터의 평활화 또는 평균화를 나타낸다.하지만 바는 없어졌고, 그래서 그 방정식에 기초한 컴퓨터 프로그램은 부정확했다.[18][19]이것은 프로그래밍의 오류가 아니라 명세서의 오류였다.[18]

상승하는 동안, 마리너 1의 부스터는 지면과 함께 잠시 안내 자물쇠를 잃어버렸다.이것은 꽤 흔한 일이었기 때문에, 아틀라스-아제나는 지상과 함께 안내 자물쇠가 재개될 때까지 미리 프로그래밍된 코스를 계속하도록 설계되었다.[20]그러나 잠금장치가 다시 설치되자 잘못된 유도논리로 인해 프로그램이 '속도변동이 불규칙하고 예측할 수 없는 방식으로 요동치고 있다'고 잘못 보도해 실제 불규칙한 행동을 유발해 사거리 안전요원이 로켓을 파괴했다.[18]

잘못된 논리는 이전에 레인저 발사에서 성공적으로 사용되었었다; 그것은 프로그래밍 오류와 메리너의 파괴로 이어진 하드웨어 결함의 조합이었다.[18]

작은 오류로 인한 재앙적 영향은 "소프트웨어 신뢰성의 전체 문제를 요약했다"고 하며 소프트웨어 엔지니어링 분야의 발전에 기여했다.[18]

그 사고에 대한 후속적인 일반적 설명은 종종 잘못된 문자를 "R-bar"가 아닌 "hyphen"(기호의 누락된 구성 요소를 묘사)이라고 언급했는데, 이러한 잘못된 문자는 Arthur C에 의해 촉발되었다. 클라크의 오작동에 대한 설명은 "역사상 가장 비싼 하이픈" 것이다.[19]

레거시

미국 최초의 행성간 우주선의 손실은 NASA에 1850만 달러(오늘날의 1억5800만 달러)의 차질을 가져왔다.[21]이번 사건은 소프트웨어의 철저한 사전 출시 디버깅과 함께 사소한 오류가 치명적인 실패를 야기하지 않도록 프로그램을 설계해야 하는 필요성을 강조했다.결과적으로 구현된 절차는 NASA에 도움이 되어 궁극적으로 아폴로 달 착륙 프로젝트를 회수했다. 하강을 하는 동안 달 탐사 모듈 소프트웨어에 프로그램 오류가 있었지만 임무 실패를 야기하지는 않았다.[22]

논리 오류가 빠르게 발견되었기 때문에, 과도한 지연은 필요하지 않았다.[23]같은 매리너 2호기는 이미 손에 잡혔고, 같은 패드에서 두 번째 발사는 8월 말 이전에 관리할 수 있었다.[24]1962년 8월 27일 메리너 1호의 자매 우주선이 성공적으로 발사되어 1962년 12월 14일에 금성 근처에서 데이터를 반환한 최초의 우주선이 되었다.[3]: 171, 177

참고 항목

참조

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  2. ^ Mitchell Sharpe (1989). "2". In Kenneth Gatland (ed.). The Illustrated Encyclopedia of Space Technology. New York: Orion Books. pp. 28–31. OCLC 19520816.
  3. ^ a b c d e f g h i j k l m J.N.James (1965). "The Voyage of Mariner II". In Harlow Shapley; Samuel Rapport; Helen Wright (eds.). The New Treasury of Science. New York: Harper & Row. pp. 171–187.
  4. ^ "How do spacecraft use an orbit to move from planet to planet?". Northwestern University. Retrieved 11 June 2021.
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  19. ^ a b Pasternack, Alex (26 July 2014). "Sometimes a Typo Means You Need to Blow Up Your Own Spacecraft". Vice. Retrieved 1 July 2021.
  20. ^ "Equation Error Cited in Mariner 1 Failure". Aviation Week and Space Technology. McGraw Hill Publishing Company. 6 August 1962. p. 29. Retrieved 12 June 2021.
  21. ^ Henry Walker (2005). The Tao of Computing. Sudbury, MA: Jones and Bartlett Publishers, Inc. ISBN 9780763725525. OCLC 864860042.
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  23. ^ Chris Higgins (22 July 2017). "On This Day in 1962, NASA Launched and Destroyed Mariner 1". Mental Floss.
  24. ^ "Venus Rocket Flight Ends in Fiery Failure". Chicago Tribune. UPI. 23 July 1962. p. 22 – via Newspapers.com.

외부 링크