다시 살아난 보이저 1호의 추진기

The Voyager spacecraft. Image Credit: NASA/JPL-Caltech

 

인류가 만든 가장 먼 거리의 탐사선, "보이저 1호(Voyager 1)"에 관한 최근의 중요한 사건을 설명드리고자 합니다. 보이저 1호는 지금도 성간 우주를 항해 중이며, 그 임무는 여전히 우리에게 많은 과학적 통찰을 제공하고 있습니다.

보이저 1호의 임무와 현재 위치

1977년 9월에 발사된 보이저 1호는 원래 목성과 토성의 탐사를 위해 개발된 무인 우주 탐사선입니다. 하지만 주요 임무가 종료된 이후에도 그 여정은 멈추지 않았습니다. 2012년에는 태양계를 둘러싼 자기장의 경계인 헬리오스피어를 벗어나, 인류 역사상 최초로 성간 공간에 진입한 탐사선이 되었습니다. 현재 보이저 1호는 지구로부터 약 250억 킬로미터, 즉 155억 마일 떨어진 곳에서 작동 중입니다.

이처럼 먼 거리에서도 데이터를 송신하고 있다는 사실만으로도 놀랍지만, 최근 NASA가 수행한 기술적 복구 작업은 과학계에 깊은 인상을 남겼습니다. 그 중심에는 20년 넘게 작동하지 않았던 "롤 추진기(roll thruster)"의 복원이라는, 거의 기적에 가까운 성공이 있었습니다.

자세 제어 시스템과 추진기 문제

보이저 1호는 방향을 유지하고 지구로 데이터를 송신하기 위해 여러 종류의 추진기를 사용합니다. 특히, 안테나가 항상 지구를 향하도록 유지하기 위해 자세 제어 시스템이 필수적인데요, 이때 "롤 추진기"가 중요한 역할을 합니다. 이 롤 추진기는 우주선이 특정 항성(guide star)을 기준으로 정확한 방향을 유지하게 해 줍니다.

문제는 시간이 지나면서 추진기 내부에 연료 잔여물이 쌓이고, 일부 부품의 온도를 유지해 주는 히터가 고장 나면서 주 롤 추진기가 2004년부터 작동을 멈췄다는 점입니다. 이후 NASA는 예비 롤 추진기를 사용해 탐사선을 운영해 왔지만, 이마저도 연료 찌꺼기에 의한 막힘이 발생할 수 있다는 우려가 커졌습니다. 실제로 2024년 가을쯤이면 예비 추진기의 기능도 상실할 수 있다는 분석이 나왔습니다.

기술적 가설과 과감한 실행

NASA 제트추진연구소(JPL)의 과학자들은 문제를 해결하기 위해 오랜 시간 기록과 회로도를 검토했습니다. 한 엔지니어는 주 롤 추진기의 히터에 전력을 공급하는 회로에서 스위치가 잘못된 위치로 바뀌었을 가능성을 제기했습니다. 만약 이 스위치를 원래 위치로 되돌릴 수 있다면 히터가 다시 작동하고, 그 결과로 롤 추진기도 다시 살아날 수 있다는 것이었죠.

하지만 이 실험은 매우 큰 위험을 동반했습니다. 보이저 1호는 현재 헬리오스피어 밖, 성간 공간에 위치하고 있어서 명령이 전달되고 결과가 돌아오는 데에만 약 23시간이 걸립니다. 게다가 히터가 꺼진 상태에서 추진기를 작동시키면 내부 압력 차이로 인해 손상을 입을 수도 있었습니다. 그럼에도 불구하고 NASA는 과감한 결정을 내렸고, 2024년 3월 19일 명령을 전송했습니다.

복구 성공: 다시 살아난 20년 된 장비

다음 날인 3월 20일, 탐사선에서 돌아온 데이터는 과학자들의 기대를 현실로 만들어 주었습니다. 히터의 온도가 상승하며 정상 작동 신호를 보냈고, 주 롤 추진기가 20년 만에 다시 작동을 시작한 것입니다. 당시 현장의 엔지니어들은 환호했고, 이는 보이저 1호 임무의 연장을 가능하게 만든 결정적 순간이었습니다.

JPL의 추진 담당자 토드 바버는 이 성공을 두고 "죽은 장비가 다시 살아난 건 정말 경이로운 일이며, 한 명의 엔지니어가 제시한 작은 가설이 탐사선의 운명을 바꿨다"라고 평가했습니다.

지상 통신 문제와 시간 압박

이번 작업은 시간과의 싸움이기도 했습니다. NASA는 보이저 1호와 통신하기 위해 지구에 있는 거대한 안테나망, 특히 호주 캔버라에 위치한 DSS 43을 활용합니다. 그런데 이 안테나는 2026년 2월까지 대규모 업그레이드를 위해 대부분의 기간 동안 사용할 수 없습니다. 다행히 8월과 12월에 잠시 통신이 가능하지만, 과학자들은 그전에 추진기의 기능을 반드시 확인하고 싶어 했습니다. 그래야 다음 통신 때 유효한 명령을 다시 보낼 수 있기 때문입니다.

이러한 제약 속에서도 NASA는 매우 정교한 테스트를 성공시켰고, 이는 향후 수년간 보이저 1호가 계속해서 데이터를 송신할 수 있게 만들었습니다.

 

미래 임무를 위한 교훈

이번 사건은 단지 하나의 고장 수리로 끝나는 이야기가 아닙니다. 보이저 1호 사례는 우리가 우주 탐사를 설계할 때 **冗長성(redundancy, 예비 시스템)**과 문서 보존, 그리고 협업과 창의성이 얼마나 중요한지를 명확히 보여줍니다.

우주 미션은 수십 년을 바라보며 수행되기 때문에, 지금 설계된 시스템과 기록이 미래 세대 과학자들에게 중요한 자산이 됩니다. 실제로 이번 복구 작업에서도 20년 전 설계자의 메모와 회로도, 그리고 예전 실험 기록이 큰 도움이 되었습니다.

또한, 기술적 난관에 직면했을 때 모든 가능성을 열어두고 가설을 세우며 실험적으로 접근하는 자세 역시 과학적 사고의 본질임을 다시금 확인할 수 있었습니다. 이는 우주 과학뿐 아니라 모든 공학 분야에서 적용 가능한 태도입니다.

우주는 멀지만, 과학은 연결되어 있다

보이저 1호는 지금 이 순간에도 태양계 바깥에서 신호를 보내오고 있습니다. 그 신호는 단지 데이터 그 자체를 넘어, 인류의 호기심과 기술력, 그리고 끈기의 상징이라 할 수 있습니다. 이 작은 탐사선이 지금껏 보내온 자료는 태양계 경계와 성간 우주의 구조를 이해하는 데 큰 기여를 했습니다.

여러분 중 일부는 앞으로 인류의 다음 보이저 프로젝트를 설계하고 운영할지도 모릅니다. 그때 오늘 이야기한 사례가 교과서 너머의 실제적 영감으로 작용하길 바랍니다.

과학은 멈추지 않습니다. 그리고 우주는, 우리가 준비된다면 언제나 우리에게 더 깊은 질문과 도전을 던질 것입니다.