James Webb 우주 망원경과 같은 놀라운 엔지니어링의 경우 관련된 기술이 너무 전문화되어 일반 사람이 진정으로 공감할 수 있는 귀중한 것이 거의 없습니다. 지구에서 10만 킬로미터(50마일) 떨어진 223K(−370°C, −1.5°F)의 온도에서 건설하고 운영하는 데 930,000억 달러가 드는 적외선 관측소에 대해 이야기하고 있습니다. 일반 노트북과 모든 부품을 공유할 수 있습니다.

그러나 대중이 이해한다면 훨씬 더 쉬울 것입니다. 따라서 이번 주에 James Webb 우주 망원경 내부의 "초소형 솔리드 스테이트 드라이브"에 대한 헤드라인을 게재하는 여러 기술 사이트를 본 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그들은 오늘날 미드티어 스마트폰에서 볼 수 있을 것으로 기대하는 것보다 낮은 68GB의 온보드 스토리지로 이러한 놀라운 이미지를 제공하는 천문대의 능력에 감탄했습니다. 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)와 상대적으로 빈약한 용량에 초점을 맞춘 이 기사는 주류 청중이 쉽게 이해할 수 있는 시금석이 되었습니다. 잘못된 비교였더라도 독자들은 정수기에 대한 재미있는 사실을 알게 되었습니다.내 컴퓨터에는 James Webb보다 더 큰 드라이브가 있습니다.. "

물론 우리는 NASA가 차세대 우주 천문대에 사용할 구형 Samsung EVO SSD를 위해 eBay를 공격하지 않았다는 것을 알고 있습니다. 현실은 솔리드 스테이트 드라이브, 공식적으로 솔리드 스테이트 레코더(SSR)로 알려진, JWST 임무의 정확한 요구 사항을 충족하도록 맞춤 제작되었습니다. 우주선의 다른 모든 구성 요소와 마찬가지로. 마찬가지로, 다소 특이한 68GB 용량은 임의의 숫자가 아니라 탑재된 과학 기기의 요구 사항을 고려하여 정확하게 계산되었습니다.

뉴스에서 James Webb 우주 망원경의 저장 용량이나 저장 용량 부족에 대한 소문이 너무 많이 나면서 이 관측소의 특정 하위 시스템에 대해 좀 더 자세히 알아볼 수 있는 좋은 시간인 것 같았습니다. SSR은 어떻게 활용되고, 엔지니어들은 그 특정 용량에 어떻게 착륙했으며, 그 설계는 허블과 같은 이전 우주 망원경과 어떻게 비교됩니까?

깊은 우주에서의 고속

James Webb 우주 망원경의 통신 요구 사항은 엔지니어에게 특히 어려운 과제를 제공했습니다. 과학적 목표를 달성하기 위해 우주선은 지구에서 멀리 떨어져 있어야 하지만 동시에 수집된 모든 데이터를 적시에 반환하려면 상당한 양의 대역폭이 필요합니다.

이 데이터 전송을 용이하게 하기 위해 JWST는 굴절식 마운트에 직경 0.6미터(2피트)의 Ka-대역 고이득 안테나(HGA)를 가지고 있어 관측소의 현재 우주 방향에 관계없이 지구를 다시 가리킬 수 있습니다. 이 Ka 대역 링크는 3.5MBps의 이론적 최대 대역폭을 제공합니다. NASA의 심층 우주 네트워크(DSN), 그러나 실제 달성 가능한 데이터 속도는 많은 요인에 따라 다릅니다.

JWST의 Ka-band 안테나(왼쪽), S-band 텔레메트리 안테나 옆
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불행히도 DSN은 멀리 떨어진 많은 우주선과 통신을 저글링해야 하기 때문에 지구로 돌아가는 이 고속 링크를 항상 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 네트워크의 현재 활용으로 JWST는 데이터 전송을 위해 매일 두 개의 XNUMX시간 창을 할당했습니다. 종이로 말하면 우주선을 의미합니다. 영상을 100시간 동안 24GB가 조금 넘는 데이터를 지구로 다시 전송할 수 있지만 실제로는 고려해야 할 다른 문제가 있습니다.

우선, 고이득 안테나는 지구를 지속적으로 추적할 수 없습니다. 그 움직임은 섬세한 관찰을 망칠 수 있는 약간의 진동을 생성하기 때문입니다. 대신, 그것은 2.7시간마다 이동 안테나의 빔 폭 내에서 행성을 유지합니다. 가능하면 이를 중심으로 관찰이 예정되어 있지만 불가피하게 갈등이 발생하게 됩니다. 고속 데이터 전송을 중단하거나 안테나를 재정렬하는 동안 장기간 관찰을 일시 중지해야 합니다. 임무 계획가는 문제의 관찰의 과학적 중요성이 될 가능성이 있는 결정 요소와 함께 옵션을 신중하게 검토해야 합니다.

링크의 양쪽 끝에서 고려해야 할 가동 중지 시간도 있습니다. DSN이 일시적으로 전송을 수신할 수 없거나 정기적으로 예정된 방송을 하지 못하게 하는 우주선에 문제가 있을 수 있습니다. 관측소의 표준 다운링크와 관련된 물류 문제와 예상치 못한 통신 지연 가능성 사이에서 James Webb가 XNUMX시간 관측을 할 수 있는 유일한 방법은 상당한 온보드 데이터 캐시를 사용하는 것입니다.

비행 테스트 기술

허블의 1.5GB SSR
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개인용 컴퓨팅의 맥락에서 솔리드 스테이트 드라이브는 비교적 새로운 개발입니다. 그러나 NASA는 수십 년 동안 더 가벼운 무게와 움직이는 부품의 부족이라는 이점을 잘 알고 있었습니다. 우주국은 기함 임무에 테스트되지 않은 개념을 배치하는 것으로 유명하지 않으며 이것도 다르지 않습니다. 그들은 1999년부터 허블 우주 망원경에서 유사한 접근 방식을 사용하고 있습니다. 우주인이 세 번째 서비스 임무를 수행할 때 우주선의 원래 테이프 기반 저장소를 1.5GB SSR로 교체했습니다.

당연히 허블 SSR의 낮은 용량은 적어도 부분적으로는 그 시대에 기인합니다. 그러나 그럼에도 불구하고 SSR이 교체한 테이프 레코더는 약 150MB만 저장할 수 있었기 때문에 이는 상당한 업그레이드였습니다. 허블이 포착한 이미지의 해상도는 JWST보다 상당히 낮지만 지구 궤도에 있는 우주선과의 통신은 당연히 심우주에 있는 것보다 훨씬 더 안정적이라는 점을 기억하십시오.

저장 및 전달

NASA는 James Webb가 매일 28번의 기간 동안 DSN을 통해 24GB가 약간 넘는 데이터를 전송할 수 있어야 한다고 추정합니다. 따라서 완전한 60시간 버퍼를 제공하려면 우주선에 약 68GB의 온보드 스토리지가 필요합니다. 그렇다면 SSR이 XNUMXGB인 이유는 무엇입니까? 부분적으로는 일부 공간이 천문대 자체 사용을 위해 예약되어 있기 때문입니다. 그러나 또한 다음과 같이 비행 시스템 엔지니어 Alex Hunter는 다음과 같이 설명했습니다. IEEE 스펙트럼, 추가 용량은 향후 XNUMX년 동안 SSR의 플래시 메모리에서 마모 및 방사선이 줄어들면서 시스템에 약간의 호흡 공간을 제공합니다.

24시간이 그다지 안전하지 않은 것처럼 보일 수도 있지만 그 숫자에는 몇 가지 조건이 붙어 있습니다. James Webb에서 실제로 사용되는 과학 도구에 따라 매일 생성되는 실제 데이터 양은 상당히 적을 수 있습니다. 고속 통신이 방해를 받으면 지상 관제사는 문제가 해결될 때까지 데이터 집약적인 관측을 보류할 것입니다. 필요한 경우 NASA는 백로그를 통해 작업하기 위해 추가 DSN 시간을 할당할 수도 있습니다. 요컨대, SSR의 용량이 결코 문제가 되지 않아야 할 충분한 비상 사태가 있습니다.

따라서 NASA가 최근 James Webb 우주 망원경을 타고 XNUMX년 간의 임무를 수행한 것보다 중급 Chromebook에서 더 큰 솔리드 스테이트 드라이브를 확실히 찾을 수 있지만, 돈으로 살 수 있는 최고의 엔지니어링에 대한 신중한 계획과 건전한 복용 크기가 전부가 아님을 의미합니다.

[편집자 주: 네, 그래픽이 망원경 초점에서 방사되는 JWST를 보여줍니다. 나는 이것에 대한 불충분한 구체적인 예술 요청에 대한 책임을 집니다. 그러나 당신이 예술가이고 라디오 사람이 아닌 경우 표면적으로 비슷해 보인다는 것을 인정해야 합니다.]