DSN 홈페이지
| 심우주 통신단지 전경 사진은 호주 캔버라 심우주 통신단지이다. |
1. 개요
Deep Space Network(DSN)미국 항공우주국(NASA) 산하의 제트추진연구소(JPL)에서 관할하는 지구와 행성 간 우주탐사 미션 사이의 양방향 통신을 가능하게 하는 전 지구적 통신 시설이다.
"달, 화성, 또는 그 이상 멀리 있는 우주 탐사선과 어떻게 통신이 가능한가요?"라는 질문이 있다면, 그 답이 바로 심우주 통신망이다.
2. 상세
심우주 통신망의 시작은 제트추진연구소(JPL)가 1958년 1월에 미국 캘리포니아, 나이지리아, 싱가포르에 세운 전파 추적 스테이션으로 보고 있다.시기를 보면 알겠지만, 이 시설은 바로 익스플로러 위성 발사 미션의 통신을 위한 것이다. 같은 해 12월에 제트추진연구소가 미군 관할에서 NASA 소관으로 이전하고 우주탐사가 본격화됨에 따라 현재와 유사한 심우주 통신망의 운영 개념이 정립되고 시설 건설이 시작되었다. 심우주 통신망 시설이 공식적으로 공개 발표된 것은 1963년이다.
3. 구성
심우주 통신망은 쉽게 말하면, 전 지구적으로 설치되어 있는 초대형 안테나의 모음이라고 생각하면 된다. 심우주 통신망 시설은 크게 3곳이 있다.지구본에서 각각의 위치를 찾아보면 알겠지만, 이들 통신단지는 지구 표면에서 대략 120도 간격에 위치해 있다. 이러한 배치는 지구가 자전하더라도, 우주 탐사선이 어떤 방향에 있더라도 그 전파를 최소한 한 곳 이상의 통신단지에서 감지할 수 있도록 하기 위함이다. 또한 각각의 단지는 주변에서 발생하는 전파 간섭을 막기 위해 마치 사발처럼 들어간 분지 지형을 선택하여 건설하였다.
| 북극 방향에서 바라본 심우주 통신망 위치 및 감지 범위 |
각각의 통신단지는 최소한 4개 이상의 초대형 포물선형 지향성 접시(파라볼릭) 안테나들로 구성된다. 1개의 크고 아름다운 70미터급 안테나, 2개 또는 그 이상의 34미터급 안테나[3], 1개의 26미터급 안테나, 그리고 이들 안테나에 딸려있는 수신 시스템들이 그것이다. 제트추진연구소(JPL)에 따르면 70미터급 안테나는 가동 수명이 거의 다 되어서 앞으로 70미터급 안테나 3개를 모두 철거하고 그 대신 성능이 향상된 34미터급 안테나로 교체할 계획이라고 한다.
| 미국 캘리포니아 골드스톤 심우주 통신단지 70미터급 안테나 |
4. 기능
심우주 통신망 홈페이지는 이 시설의 핵심적인 기능을 크게 다섯가지로 소개한다. 통신(Telemetry), 우주탐사선 명령제어(Spacecraft Command), 추적(Tracking), 전파과학(Radio Science), 기타 과학연구(Science)가 그것이다.쉽게 풀어서 설명하자면 우주 탐사선과 신호를 주고받을 수 있도록 통신을 유지하면서 특히 우주 탐사선이 보내오는 중요 탐사정보를 수신하고,[4] 제어엔진 가동이나 시스템 재부팅같은 명령을 내리며, 이 우주 탐사선이 어느 위치에 있는지를 추적하는 일들을 한다.
심우주 통신망의 원리를 아주 간략히 설명하자면, 지구에서 보이저 등 우주탐사선으로 보낼때는 아주 강력한 직진성 전파로 보내고, 반대로 우주탐사선에서 오는 전파는 아주 미약하므로 이 미약한 전파를 받아서 증폭하는 원리로 작동한다.
NASA의 1975년 보고서에 따르면, 심우주 통신망은 애초부터 지구와 태양계의 가장 먼 행성사이의 통신을 가능하게 할 목적으로 설계 건설되었다.[5] 우주 탐사 분야에 대한 덜떨어진 음모론자들은 지구와 태양계 경계면의 보이저와 어떻게 통신을 하냐, 또는 심지어 지구와 달 사이 통신이 그렇게 쉽게 되냐라는 소리를 하는데,[6] 애당초 NASA가 1960년대 심우주 통신망을 갖추기 시작할 무렵부터의 설계 기준이 태양계 끝자락까지의 통신이었다.[7] 당시의 미국 과학기술이 딸려서 우주탐사는 불가능했다 운운하는 음모론의 주장이 정말로 뭘 모르는 수준이라는 것을 알 수 있다. 현재 심우주 통신망은 태양계 외곽에서 날아오는 극히 약한 전파신호도 잡아낼 수 있다. 예를 들어 현재 보이저 1호, 보이저 2호에서 날아오는 신호는 흔한 디지털 손목시계의 전력보다 약 200억분의 1 정도에 불과할 정도로 미약하지만 그걸 모두 잡아낼 수 있다고 한다.[8] DSN NOW#에서 신호의 송수신 상황을 볼 수 있는데, 보이저의 경우 수신되는 신호의 세기가 대략 10-18W 정도밖에 안 된다.
심우주 통신망은 우주탐사에 대해 조금이라도 들어본 사람이라면 모두 알고 있는 아폴로 계획, 보이저 계획, 스피릿과 오퍼튜니티, 큐리오시티, 인사이트 등 일련의 화성탐사, 최근의 뉴 호라이즌스 등등 모든 외우주 탐사 계획에서 핵심적인 역할을 담당했고 앞으로도 담당할 예정이다.[9]
[1] 미국 캘리포니아 모하비 사막 내의 미 육군 포트어윈 기지 내에 있다.[2] 사실은 호주 캔버라 심우주 통신단지에서도 감도가 그렇게 좋지는 않아서, 최종적으로는 옆 동네라 할 수 있는 호주 파크스 천문대에서 전파를 받았다는 것이 함정이라면 함정(...).[3] 34미터급 안테나는 다시 고효율 안테나와 광 도파관 안테나 2가지 유형이 있다.[4] 가장 중요하면서도 용량이 큰 정보는 역시 사진자료이다. 뉴 호라이즌스 탐사선의 경우, 사진을 포함한 전체 명왕성 관측자료를 심우주 통신망을 통해 모두 다운로드받는데는 무려 15개월이 걸렸다.[5] 출처: N. A. Renzetti, "DSN Functions and Facilities", JPL, 1975. 5. 원문(PDF)[6] 사실 이건 심우주 통신망 DSN을 설명해주면서 반박할 필요도 없다. 애시당초 달착륙 음모론자들이나 지구평면론자 같은 덜떨어진 음모론자들은 통신공학, 무선공학 근처에도 못가본 무식한 자들일 뿐이므로. 학부 수준의 무선공학만 배워도 지구 곡률이 어떻게 전파의 통달에 영향을 미치는지를 배운다. 아니, 애시당초 마르코니가 대서양 횡단 무선통신 실험을 성공시키게 된 계기가 지구 곡률과 그에 따른 전리층 반사 때문이다. 참고로 마르코니가 대서양을 건너 무선통신을 성공시킨게 1901년이며 타이타닉호 침몰 사고 당시 타이타닉과 대서양을 항주하는 기선들은 서로 무선을 활발하게 주고받고 있었다.[7] 더 놀라운 것은 이것은 설계와 최초 건설 당시의 기준이고, 그동안 심우주 통신망에 대한 지속적인 업그레이드로 말미암아 지금의 통달 거리는 그것을 훨씬 넘어선다. 쉽게 말해 보이저가 태양계를 벗어나 훨씬 멀리 간다 하더라도 보이저 쪽에서 통신이 끊기지 않는 이상은 심우주 통신망에서 전파를 받는데는 별다른 지장이 없다는 얘기. 보이저 미션의 걱정거리는 전파를 못받는 것이 아니라 보이저에 탑재된 방사성 동위원소 열전기발전기(RTG)의 성능이 다되어 전파를 더이상 발신하지 못하는 것이다.[8] 출처[9] 사실은 그냥 핵심적인 역할 정도가 아니라, 없으면 절대 안되는 우주 탐사계획 그 자체이자 필수 중의 필수요소라 할 수 있다. 심우주 통신망이 없으면 보이저고 큐리오시티고 뉴 호라이즌스고 간에 아무 쓸모 없는 쇳덩어리에 불과하다. 아무리 탐사선이 귀중한 정보를 보낸다 해도 그것을 받을 수 없다면 아무 소용이 없다.