거의 고장 날 뻔한 NASA 딥스페이스 네트워크, 아르테미스 II에서 ‘잘 작동’

출처: Ars Technica

숨 쉴 틈

“일부 임무는 서류에 적힌 것보다 더 많은 자원을 사용하고 있다.”

파일 사진: 캘리포니아에 있는 NASA 골드스톤 심우주 통신 복합단지의 70미터 안테나.

크레딧: NASA/JPL-Caltech

NASA는 거의 4년 전 아르테미스 I 임무 동안 심우주 네트워크(DSN)를 한계까지 밀어붙였다. 전 세계에 흩어져 있는 심우주 통신 안테나 배열은 40개의 로봇 과학 임무와 달을 돌며 NASA의 오리온 우주 캡슐이 필요로 하는 비정상적인 데이터 급증을 감당하지 못했다.

2022년 말의 경험 은 제임스 웹 우주망원경과 화성 로버 등 여러 고프로파일 과학 임무의 다운링크를 감소시키거나 지연시켰다. 데이터에 굶주린 아르테미스 I 임무가 NASA 통신망에서 우선 순위를 차지했기 때문이다. 그리고 이는 승무원이 탑승한 첫 번째 아르테미스 임무가 시작되기 전 상황이다. 아르테미스 II가 4월 1일 발사되었을 때, NASA는 다시 한 번 심우주 네트워크를 호출해 미션 컨트롤과 오리온 캡슐을 지구에서 25만 마일 이상 떨어진 곳까지 연결했다.

네 명의 승무원이 탑승한 아르테미스 II에서는 오리온으로부터 얻고자 하는 데이터 양이 아르테미스 I보다 더 많았다. 하지만 약 9일에 불과한 임무 기간은 25일간 우주에 머물렀던 아르테미스 I보다 짧아 통신 과부하를 어느 정도 완화했다. 아르테미스 I은 또한 10개의 작은 큐브샛을 심우주로 발사했으며, 이들 대부분이 DSN의 추적 및 통신 서비스를 필요로 했다. 반면 아르테미스 II는 더 적은 수의 큐브샛을 실었다.

“아르테미스 I에서 많은 것을 배웠고, 실제로 아르테미스 II를 앞두고 새로운 절차를 도입했다. 주로 오리온 자체뿐 아니라 모든 임무와의 협조 및 일정 관리 프로세스에 초점을 맞췄다.”
— 그렉 헥클러, NASA 우주 통신 및 항법 프로그램 부프로그램 매니저(역량 개발)
“그 덕분에 잘 작동한 것 같다.”

배운 교훈

헥클러는 DSN를 주로 이용하는 NASA 과학 부서가 아르테미스 II 이후 네트워크 관리자들에게 “긍정적인 피드백”을 제공했다고 전했다. 그러나 네트워크의 한계와 높은 수요는 여전히 NASA 임무들 사이에 “자산 충돌”을 일으키고 있다.

“아르테미스 I 동안 우리는 ‘프라이빗 클라우드 어플라이언스(PCA)’라는 하위 시스템을 사용했는데, 이 PCA가 아르테미스 I에서 고장 났다. 그 고장이 크게 부각되면서 달-화성 프로그램으로부터 추가 자원을 받아, 아르테미스 II 전에 사실상 새로운 하위 시스템을 설치할 수 있었다.”
— 헥클러

신호에 대한 수요는 계속 증가하고 있다. NASA와 상업·국제 파트너들은 향후 몇 년 안에 달에 수많은 임무를 발사할 계획이다. NASA는 상업 파트너와 협력해 달 임무 전용 네트워크인 Lunar Exploration Ground Sites (LEGS) 를 구축하고 있어, DSN의 용량을 확보해 다른 우주선들을 지원하려 한다. 상업 기업들은 달 궤도에 데이터 릴레이 위성을 배치해 향후 착륙선과 달 기지 건설을 지원하고 있다. 고대역폭 광통신도 또 다른 해결책이 될 수 있다. NASA는 아르테미스 II에서 오리온에 레이저 통신 단말을 성공적으로 시험했다.

“아르테미스 임무 자체에서 발생하는 높은 수준의 충돌을 해결하려면 커뮤니티 차원에서 협력해야 한다. 우리는 비‑DSN 혹은 새로운 인프라를 구축해 그 부담을 분산시키기 위해 모든 노력을 기울이고 있다.”
— 헥클러, 소형 천체 평가 그룹 회의(수요일)

더 많은 요구

현재 DSN는 캘리포니아, 스페인, 호주에 위치한 안테나를 통해 지구와 통신을 유지하는 약 40개의 운영 중인 임무를 지원한다. 대부분의 NASA 임무는 설계 수명을 초과해 계속 운영되므로, 새로운 우주선을 발사할 때마다 네트워크에 대한 수요가 장기화된다.

향후 10년간 약 40개의 추가 임무가 DSN를 필요로 할 것으로 예상되며, 현재 네트워크를 이용 중인 40개 임무 대부분도 그 기간 동안 계속 운영될 가능성이 크다. 데이터 집약도가 가장 높은 NASA 임무 중 하나인 Nancy Grace Roman Space Telescope는 8월 발사가 예정돼 있다. 이 망원경은 DSN을 통해 NASA가 지금까지 수행한 모든 천체물리학 임무를 합친 것보다 더 많은 데이터를 전송할 것이다.

아르테미스 I에 부속 탑재된 10개의 큐브샛은 DSN에 예상치 못한 부담을 주었다. 일부 소형 위성은 로켓에서 분리된 직후 사라졌고, 운영자는 DSN의 거대한 안테나를 이용해 심우주로 향하는 큐브샛을 탐색하도록 요청했다. 이는 오리온 캡슐과 이미 겹쳐 있던 통신 병목 현상을 더욱 악화시켰다.

“새로운 임무를 DSN에 편입하기 전에, 우리는 반드시 용량이 충분한지 확인하는 타당성 조사를 요구한다.”
— 헥클러
“따라서 데이터와 분석을 통해 시스템에 새로 들어오는 요구와, 자연적인 원인으로 인해 아직도 운용 중인 레거시 임무들을 균형 있게 관리하려 하고 있다.”

DSN 관리자들은 또한 발사 수십 년이 지난 오래된 임무들과도 협력해 이들이 얼마나 많은 용량을 차지하고 있는지 파악하고 있다. 오래된 임무가 연장되면서 네트워크에 대한 요구를 업데이트하지 않은 경우도 있다. “일부 임무는 서류에 적힌 것보다 더 많은 자원을 사용하고 있다.”
— 헥클러

“그러한 절차가 자리 잡히면, 새로운 임무를 받아들일지 말지를 판단할 때 더 집중되고, 프로세스 중심적으로 접근할 수 있을 것이다.”
— 헥클러

핵심 안테나 가동 중단

DSN에 제약을 주는 사건 중 하나는 지난해 발생한 사고로, 캘리포니아 바스트우 근처에 있는 골드스톤 심우주 통신 복합단지의 70미터(230피트) 안테나 3대 중 하나가 가동 중단된 것이다. 이 안테나는 스페인과 호주에 있는 유사 안테나와 함께 NASA의 가장 먼 임무와 통신하는 데 사용된다.

지난 9월, 70미터 안테나는 목성 궤도에 있는 NASA 주노 탐사선의 신호를 추적하던 중 “과회전”하면서 시설의 화재 진압 시스템에 있는 케이블과 급수관을 손상시켰다. 약 200,000갤런(약 757,000리터)의 물이 안테나 기지에 침수됐으며, 물에 글리콜이 섞여 있어 환경 위험 물질로 분류되었다. 사고 조사 보고서에 따르면, 이로 인해 안테나는 사용 불가능해졌다.

조사관들은 여러 기술적·절차적 원인을 지적했다. 안테나 비상 정지 장치에 문제가 발생했을 때, 골드스톤 기술자들은 “여러 안전 장치를 우회하고 무시”했으며, 이는 과회전을 방지했어야 할 장치들을 무력화시켰다.

“조사 결과, 교육 부족, 서면 절차 미비, 문서화되지 않은 행동 및 암묵적 지식에 대한 의존, 그리고 안테나 제어 논리의 결함이 드러났다.”
— 보고서

(이하 내용은 원문이 잘려 있어 번역이 이어지지 않습니다.)