원자력/우주항공

고에너지물리연구소, 후이옌 위성으로 X선 펄서 항법 궤도상 실험 성공

발행일 : 2019 / 08 / 27

최근 중국과학원 고에너지물리연구소는 “후이옌(慧眼)” 위성에 탑재된 X선망원경으로 X선 펄서 항법 실험을 수행했는데 위치결정 정밀도는 10km(표준편차의 3배) 이내에 도달했다. 뿐만 아니라 펄서를 이용한 우주선 자율항법의 타당성을 검증함으로써 향후 심우주 실제 응용에 기반을 마련했다. 해당 논문은 “Astrophysical Journal Supplement Series(ApJS)”에 게재되었다.

현재 점점 더 많은 우주탐사선이 태양 및 그 7대 행성, 외행성, 소행성, 혜성 등 태양계 내 천체를 향해 비행하고 있다. 이러한 우주선은 지구와 멀리 떨어져 있기에 미국의 GPS 시스템, 중국의 베이더우 위성항법시스템 등으로 신뢰성 있는 항법서비스를 제공받기 어렵다.

중국은 2017년 6월 15일에 첫 X선 천문위성 “후이옌”을 성공적으로 발사했다. 연구팀은 “후이옌”을 이용해 X선 펄서 항법 실험을 수행했고 또한 펄서 항법의 타당성을 더 한층 검증했다.

고속으로 회전하는 중성자별인 펄서는 지구와 아득히 멀리 떨어져 있지만 그 펄스 신호의 장기적 시간안정성(Temporal stability)은 지구상의 원자시계보다 훨씬 뛰어나다. 따라서 우주선은 펄서 관측을 통해 자율항법을 실현할 수 있다.

2017년 8월 31일부터 2017년 9월 5일 사이에 펄서를 통한 위성의 자율적 위치결정을 실험하기 위해 “후이옌”은 약 5일 동안 유명한 게성운(crab nebula) 펄서를 관측했다. 해당 실험에 사용된 알고리즘은 고에너지물리연구소 연구팀이 개발한 새 X선 펄서 항법 알고리즘이다. 연구팀은 “후이옌”에 탑재한 3종 망원경으로 관측한 데이터를 동 알고리즘에 응용했다. 연구 결과, “후이옌”의 자율적 위치결정이 가능했고 정밀도는 10km에 도달할 수 있었다. 이는 위치결정 정확도가 3.3km(표준편차의 1배)에 해당함을 의미한다.

동 항법 알고리즘의 타당성과 신뢰성을 추가 검증하기 위해 연구팀은 충분한 이론 분석 외에 여러 유형별 펄서에 대한 시뮬레이션 검증을 수행했다. 그 결과, 해당 방법은 기타 항법용 펄서에도 마찬가지로 적용할 수 있어 동 알고리즘의 실제 응용에 기반을 마련했다.