컴퓨터 기술은 우주선 설계, 천체 역학, 우주선이 만들어내는 데이터 등 우주 탐험의 거의 모든 측면에 지대한 영향을 미쳤습니다. 컴퓨터 기술의 진화가 우주 기술 혁신의 발전과 눈에 띄게 일치하는 것은 우연이 아닙니다.
데이터 수집 및 분석
우주 탐사의 핵심은 데이터 수집과 분석입니다. 천체의 특성부터 대기 구성의 미묘한 뉘앙스까지, 이 데이터 요소들은 우주 발견의 기본 요소입니다. 과학자들은 이것들을 해독함으로써 우주에 숨겨진 신비를 풀어내고, 우리의 미래를 형성하는 풍부한 우주 지식의 태피스트리를 만들어냅니다.
현대의 우주선은 다양한 센서와 장비를 갖추고 있으며, 주변 환경에 대한 방대한 양의 데이터를 수집합니다. 이 데이터에는 이미지, 센서 판독, 원격 측정 데이터 및 환경 측정이 포함됩니다. 준비된 데이터를 지구로 다시 전송하거나 우주선 사이에 전송하면 실시간 의사 결정이 가능하여 탐험에 대한 역동적이고 반응력 있는 접근 방식이 촉진됩니다.
이러한 기술 도구는 우주 미션을 성공적으로 완수하는 데 중요한 역할을 합니다. 그들은 용서할 수 없는 우주 환경에서 미션 계획, 궤적 최적화, 자원 할당 및 위험 관리를 용이하게 합니다. 게다가, 그들은 중요한 하드웨어 제품 개발 격차를 해결하고 미세 중력에서 재료 테스트를 가속화하는 데 도움을 줍니다.
미션 계획 및 시뮬레이션
우주 탐사는 움직이는 부품이 많은 복잡한 시스템을 포함합니다. 따라서 임무를 계획하고 수행하는 과정에서 해결해야 할 다양한 과제가 있습니다. 현대의 정보 기술은 이러한 과제를 극복하기 위해 시뮬레이션과 계획에 사용됩니다.
예를 들어, CROSS DRIVE라고 불리는 시스템은 연구자들이 몰입형 가상 환경에서 화성에서 협력 회의를 진행할 수 있도록 합니다. 이 프로젝트는 정보가 풍부한 3D 모델을 사용하여 행성의 표면을 시뮬레이션하여 과학자와 엔지니어가 협력하고 임무 계획에 대해 논의할 수 있도록 합니다. 회의는 일반적으로 탐험 활동과 팀 프레젠테이션의 조합을 사용하여 수행됩니다. 탐험 활동은 자세한 시뮬레이션 연구와 로버 조작에 초점을 맞추고 팀 프레젠테이션은 이러한 활동의 결과를 팀 전체에 제공하도록 설계되었습니다.
이런 종류의 시뮬레이션은 또한 우주 비행사들을 위한 훈련 프로그램을 개발하는데 사용되고 있습니다. 현대의 시뮬레이터는 매우 제한된 범위의 상호작용만을 제공하는 전통적인 시뮬레이터에 의존하는 대신, 개별 우주 비행사들이 그들이 상호작용해야 하는 시스템에 완전히 직접 접근할 수 있는 파트 태스크 트레이너를 사용하도록 허용합니다. 이것은 그들이 다양한 시나리오를 탐험할 뿐만 아니라 그들의 임무에 필요한 각각의 다른 작업에 대해 연습하고 훈련할 수 있도록 합니다.
통신 및 내비게이션 시스템
컴퓨터는 과학적인 데이터를 수집하고 분석하는데 중요할 뿐만 아니라 통신과 네비게이션 시스템을 제공하는데도 중요합니다. 그것들은 우주 미션을 위한 궤적과 자원을 계획하는 것을 돕고, 심지어 용서할 수 없는 조건에서도 미션 목표가 달성되도록 보장합니다. 게다가, 더 빠른 데이터 전송은 별들 사이의 더 생산적인 연구 시설, 지상 관제선과 우주선 사이의 더 나은 조정뿐만 아니라 더 안전한 깊은 우주 탐험을 가능하게 합니다.
예를 들어 펀치 카드와 대형 중앙 처리 장치의 시대에는 로켓을 항해하는 것이 어려운 일이었습니다. 안전하게 로켓을 작동시키기 위해서는 탑재된 센서를 사용하여 로켓의 궤적과 고도를 계산해야 했습니다. 이것은 특별한 디지털 컴퓨터를 사용하여 센서를 읽고 지구의 모니터로 보내는 시스템에 의해 수행될 수 있습니다.
게다가, ISS 국립 연구소에 대한 최근의 연구는 그것들의 항해 정확성을 향상시키기 위해 심우주 탐사선들의 시간을 동기화하는 미래 지향적인 기술들을 탐구했습니다. 이러한 개선들은 지구 위치 시스템과 지상 연결 장치를 위한 위성들과 같은 지상 시장들에도 도움이 될 것입니다.
원격 감지 기술
우주에서 지구와 다른 행성을 관찰할 수 있는 능력은 지도, 광물 탐사, 토지 이용 계획, 환경 모니터링, 자원 관리 등에 사용되는 귀중한 정보를 제공합니다. 이 정보는 반사되거나 방출된 전자기 방사선 에너지를 감지하는 위성과 항공기의 원격 센서를 통해 수집됩니다.
센서 데이터는 다양한 장비를 사용하여 캡처됩니다. 수동형 센서와 능동형 센서가 여기에 포함됩니다. 수동형 센서는 전파 천문학 장비를 따라 패턴이 형성되고 행성의 표면 또는 대기에서 반사되는 자연적인 방출을 기록합니다. 그들은 지구 탐사 위성 서비스 또는 우주 연구 서비스에 할당된 주파수 대역에서 작동합니다.
대부분의 감지 시스템은 안정적인 플랫폼 위치와 방향을 필요로 합니다. GPS 장치와 주기적으로 재조정되는 자이로스코프 보조 나침반으로 위치 데이터를 얻을 수 있습니다.
로봇과 자동화
우주 탐험에서 로봇 공학과 자동화는 위험을 줄이고, 효율성을 높이며, 미래의 인간 임무를 위한 길을 여는 데 중요한 역할을 합니다. 로봇은 인공위성에서 실험을 하거나 유지보수 작업을 하는 것과 같이, 우주 비행사에게 너무 위험하거나 시간이 많이 걸리는 작업을 수행할 수 있습니다. 게다가, 그들은 데이터를 수집하고 지구로 다시 보내면서, 오랜 시간 동안 자율적으로 작동할 수 있습니다.
로봇 공학은 또한 과학자들이 인간 우주 비행사들이 할 수 있는 것보다 더 정확하게 멀리 떨어진 천체들을 탐험할 수 있게 해줍니다. 예를 들어, 화성 탐사선 Spirit, Opportunity, 그리고 Curiosity는 생명체를 지탱할 수 있는 잠재력을 포함하여, 화성의 지질학과 기후에 대한 우리의 이해에 중대한 기여를 했습니다.
게다가, 로봇 시스템은 유인 우주선보다 훨씬 싸고, 만들고, 발사하고, 유지하기에 더 쉽습니다. 그들은 가혹한 환경을 견딜 수 있고 복잡한 작업을 인간보다 더 오랜 시간 동안 수행할 수 있어서 목성의 위성 유로파와 같은 적대적인 장소를 탐험하는 데 이상적입니다. 미래에는, 첨단 로봇 시스템이 우리가 멀리 떨어진 항성계에 도달하고 그것들의 거주 가능성에 대한 중요한 정보를 수집하는 것을 돕고, 성간 여행을 위한 기초를 마련할 수 있습니다.
생명유지장치
우주 비행사들이 우주에서 편안하게 살기 위해서는 다양한 생명 유지 장치가 갖춰져야 합니다. 이 시스템들은 온도, 습도 수준, 공기의 질을 조절하는 것에서부터 폐기물을 처리하고 음식을 만드는 것까지 모든 것을 포함할 수 있습니다.
우주 탐험 초기에, 우주 비행사들은 우주선의 통기성을 유지하기 위해 산소 탱크와 공기 청정기에 의존했습니다. 임무가 점점 더 길어지고 복잡해짐에 따라, 과학자들은 우주 비행사들이 우주 공간에서 건강하고 편안하게 지낼 수 있도록 돕기 위해 첨단 생명 지원 시스템을 개발하기 시작했습니다.
국제 우주 정거장이 성장함에 따라, 우주 비행사들이 거주할 수 있는 환경을 유지하기 위해 점점 더 많은 하부 시스템이 개발되었습니다. 폐쇄 루프 생명 유지 시스템과 같은 새로운 기술은 결국 폐기물을 재활용하고 산소와 물을 생산함으로써 지구로부터 재공급의 필요성을 줄일 수 있습니다.
영화 인터스텔라의 로봇 보조원들과 같은 로봇 보조원들은 위험하거나 힘든 일들을 수행함으로써 장기간의 우주 임무들 동안, 인간의 개입이 필요할 수도 있습니다. IBM은 현재 국제우주정거장에 탑승한 우주비행사들의 일상적인 일들을 도울 수 있는 CIMON이라고 불리는 구형 인공지능 로봇에 대한 작업을 하고 있습니다.
과학 연구와 발견
1957년 스푸트니크가 발사되었을 때, 우주 탐험에서 생겨날 중요한 발명품들을 예측할 수 있는 사람은 거의 없었습니다. 우주 탐험은 위성과 GPS 시스템과 같이 현재 우리 일상 생활의 일부가 된 수많은 기술들을 증진시킬 뿐만 아니라, 특히 지구 의학과 인류 전반에 도움이 되는 많은 과학적 발견과 돌파구로 이어졌습니다.
예를 들어, 익스플로러 1호의 측정은 우리 행성 주변의 반 알렌 복사대의 존재를 증명하는 데 도움이 되었습니다. 이후 우주 임무들은 태양풍과 오로라로 알려진 빛나는 대기 디스플레이를 만드는 지구의 자기권 사이의 상호작용을 조사했습니다.
한편, 무인 탐사선들은 목성과 토성의 몇몇 위성들이 얼음 표면 아래에 생명체가 살 수 있는 바다를 포함하고 있다는 것을 확인하면서 우리의 태양계를 탐사했습니다. 그리고 케플러 우주 망원경은 다른 별들의 궤도를 도는 수천 개의 행성들을 발견했습니다.
결론
현대의 디지털 컴퓨터는 우주 탐사 프로그램의 핵심이었습니다. 그것은 우주선 설계, 천체 역학, 그리고 임무 제어를 포함한 우주 기술의 거의 모든 측면에 지대한 영향을 미쳤습니다. 또한 컴퓨터 기술의 진화와 성장이 우주 기술 혁신의 성장과 눈에 띄게 일치하는 것도 우연이 아닙니다.
공학자들은 컴퓨터를 사용하여 우주선을 설계하고, 그것들이 궤도로 발사되기 전에 가혹한 우주 조건을 견뎌낼 수 있는지 보장하기 위해 자동화된 테스트를 수행합니다. 컴퓨터는 또한 궤적과 각각의 임무에 필요한 연료의 양을 계산하는데 사용됩니다. 한 번의 잘못된 계산은 궤도에 있는 우주선에게 치명적일 수 있습니다.
전 세계가 4차 산업 혁명 (4IR)에 진입함에 따라, 우주 기술은 별에 도달하기 위한 우리의 노력에 계속 중요한 역할을 할 것이 분명합니다. 우주를 위해 개발된 기술들은 지구에서의 우리의 삶을 개선하도록 돕고 있고, 우주 과학자들에 의해 만들어진 발견은 우주에 대한 우리의 이해를 높이고 있습니다. 혁신과 조정의 올바른 조합으로, 인류의 우주로의 확장을 위한 미래는 밝습니다.