글쓴이 : SOONDORI
명왕성 탐사를 위해 2006년에 발사된 뉴호라이즌 ‘深우주 탐사선’의 속성을 체계적으로 정리한 글이 있어서… 빈티지 오디오 세상의 시각으로 눈에 걸리는 것을 정리해 둔다.
* 참조 URL : https://spaceflight101.com/newhorizons/spacecraft-overview/
○ PSU(Power Supply Unit)의 내부 통신
“…PDU는 중요 명령과 원격 측정 내용을 전달하는 중복 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 직렬 링크를 사용하여 2개의 1553 인터페이스를 통해 우주선 제어 시스템과 통신합니다. PDU는 중요 부하와 비필수 부하로 분류된 우주선의 모든 부하에 전력을 공급하는 역할을 합니다. 중요 부하는 통합 장비 모듈, 명령 수신기, 초안정 발진기 및 배전 장치 1553 보드이고 항상 기본 및 예비 장치에 전원이 공급됩니다…”
원자력 발전 모듈 중심 PSU가 수십 V, 200와트대 전력을 생성/통제한다. 언급된 1553은 MIL-STD-1553 규격을 말하고 그것은 유사한 RS-485 규격에 대비 전압, 위상, 지터, 왜곡 등 보다 면밀한 사항들을 정의한다.
Physical Layer Comparison MIL-STD-1553 vs RS-485
여기서, 흔히 쓰는 가정용, 산업용이 아니라 군용, 우주용이라는 점에서, 무기를 팔아서 돈을 버는 나라의 규격화 행위의 관점에서 그리고 일반적 용도와 환경에 비해 외란의 영향을 특정할 수도 없고 외란이 있을 때 너무 치명적인 결과를 초래하기 때문에 그렇게 강화된 제한을 둔 것이지 “디지털에 아날로그적 변수를 끌어다 쓰기 위함”이 아니라는 점에 유의.
그냥… 디지털 시리얼 통신이라는 관점에서는 양자 동일.
보완의 예시로서, 지상에 있는 그러면서 극도의 안정성이 요구되는 원자력 발전소 제어계통은 흔한 RS-485 통신 케이블로 잘 돌아가고 있다. 오디오 세상에서 종종 상행위의 키워드로 언급되는 초결정구조, 금, 은, 특수… 그런 것은 없다.
○ 특수 CPU
“… 각 IEM의 처리 장치는 12MHz로 클럭되는 Mongoose V 프로세서로 구성되어 15MIPS(Million Instructions per Second)를 처리할 수 있습니다. 프로세서에는 2K 데이터 캐시 메모리와 4K 명령 캐시가 있습니다. 최대 480Kbit/s의 속도로 데이터를 전송할 수 있으며 명령 전송을 위해 아날로그 RS-422 링크를 통해 실험 페이로드에 연결됩니다. 768Kbyte의 메모리는…”
‘몽구스 32비트 CPU’는 NASA가 우주 탐사용으로 개발한 것. 우주 방사능, 우주 전자파 등 외란에 대한 내성을 극도로 키웠을 것.
○ 시각 동기화
“… 우주선 MET(Mission Elapsed Time)가 세계시와 정확하게 상관되는 것이 매우 중요합니다. New Horizons는 우주선 시간 기반으로 정확한 초당 1펄스 신호의 온보드 소스로 2개의 Ultra-Stable Oscillator를 사용합니다. C&DH 시스템에는 우주선이 명왕성에 있을 때 +/-4초 이상의 온보드 상관관계를 달성하는 세심하게 설계된 UT-MET 클럭 레지스터가 포함되어 있습니다…”
지구와 탐사선간의 시간이 틀어지면… 어떤 일이든 생길 수 있음. 뉴 호라이즌호가 2006년에 발사되었고 2016년에 명왕성에 근접하였으니까 대체로 10년쯤 달려간 것. 아하! 10년에 4초 내외 오차라… 와우!
(▲ 일종의 원자시계인 USO. 출처 : https://www.nasa.gov/mission_pages/tdm/clock/the-atomic-clock-gps-receiver-and-ultra-stable-oscillator-of-dsac)
* 관련 글 : 군불 때는 크리스털 발진기 OCXO와 아날로그적 착시
○ 안테나와 통신 거리
“… 고이득 안테나는 Pluto 데이터 재생을 위해 36AU의 거리에서도 600bit/s(편파당)의 속도로 다운링크 데이터를 전달할 수 있도록 설계되었습니다. New Horizons는 최대 50AU 이상의 거리까지 명령을 수신할 수 있습니다…”
AU(Astronomical Unit)는 우리말 ‘천문 단위’. 1AU는 149,597,871Km. 그러므로 명왕성까지의 최대 거리를 약간 상회하는 50AU는 7,479,893,550Km가 된다. 서울-부산의 거리를 450Km로 잡으면 16,621,986번 달려야 하는 아주 먼 거리. 그것을 꼴랑 직경 2.1m인 접시 안테나로 대응한다고.
“… New Horizon의 업링크 명령 수신기는 혁신적인 디지털 시스템을 사용하여 시스템의 전력 요구 사항을 수신기당 4W로 대폭 줄입니다. 일반적으로 활성 상태인 두 개의 장치가 있는 12W 정도의 이전 시스템이 필요했는데 이는 New Horizons가 16W의 전력을 절약한다는 것을 의미합니다…”
게다가 4W 에너지 소모로 충분하다. 온갖 방해 전파가 날아다니는 그곳에서, 제아무리 지향성 안테나라고 해도, 태양 밑 몇 개 별의 발광 위치를 절대점으로 삼는 정교한 안테나 지향점 제어 기능이 있다고 해도… 정말 대단함.
○ Cable, Connetor
커넥터 모양은 MIL-**으로 정의되는 그대로. 그러면서 군용 등급 이상임을 암시하는 ‘Space Grade’라는 용어가 사용된다
아래는 스페이스 그레이드 와이어 하니스를 생산하는 어떤 회사의 팸플릿에서 발췌.
(▲ 글레네어社의 Umbliical Cabel 즉, ‘탯줄 케이블’이 우주선과 유영하는 우주인을 연결한다)
(▲ Glenair 의 제품이 1965년 제미니 우주선에 사용된 모양? 나일론 밧줄, 실리콘 고무 산소 호스, 4개 전기 커넥터, 1개 통신 리드를 포함하는 열처리된 금층… 출처 및 추가 정보 열람 : https://airandspace.si.edu/collection-objects/life-support-umbilical-white-gemini-4/nasm_A19670212000)
이런 스페이스 그레이드 제품을 오디오에 쓰면 좋을까?
밀리터리 등급은 인터넷, 청계천 골목 점포에서 구할 수 있음. 지구 박테리아 등 미세 생물체가 제작 부품에 묻어 우주로 나가는 것조차 허용하지 않겠다는 스페이스 그레이드는… 미국의 반출 통제 때문에 살 수 없을 것이고 어렵사리 구했다고 해도 괜한 낭비.
빨리 빼고 빨리 삽입하고 한 번 고정하면 오랜 시간 오류 없이 버티고 우주 방사선, 우주 전자파에 대한 내성도 있고 비싼 금박으로 감싼… 그런 속성이 가정집 오디오에서 무슨 소용일까? 전선 코팅은 특별하지만 구리선을 쓰는 것은 같고 NASA가 약을 먹지 않은 이상, 정체 모르거나 검증되지 않은 양념의 투입은 없으며 특별한 접속재나 접속 방식을 쓰되 여전히 접점 두 개가 붙는 원리는가정용과 같고… 더불어,
산소를 포함하는 공기가 없고 당연히 습기도 없는 우주 공간이 가정집 거실보다 더 좋은 환경일 수도 있다.
더 좋은? 더 나쁜? 우주 공간보다 훨씬 더 열악한 환경에 놓인 가정집 오디오의 와이어와 커넥터는 30년, 50년, 60년을 열심히 버티고 있는 중이다.
(▲ 냉땜 문제만 아니라면 전체를 땜하는 게 가장 좋고 그다음으로 이렇게 돌돌말이로 연결하는 게 좋고. 여건상 어쩔 수 없음을 잘 알지만, 결과론으로는 제작사에게만 유리한 빈티지 오디오의 커넥터는 늘 불안한 존재. 오디오 극상기의 돌돌말이 배선은 품이 많이 드는 작업일 것인데… 훗날의 소비자에게는 좋음. 그런 사실을 한참 시간이 흘러서 알게 되었으니… 참! 오디오 입문기에 기판 분리가 어렵다는 이유로, 바보처럼 투덜거렸다)
* 관련 글 : 인켈 TK-600 아날로그 튜너 (11), 번외 기록
(내용 추가) 내진동, 내화학성, 방수성, 체결 안정성 등에 있어서 일반용, 산업용과는 조금 다른 특수한 속성을 원한다면 전기/전자 시장이 아니라 자동차 하니스 시장(제어계통)을 탐색하는 게 훨씬 빠를 것이라는 생각을 적어두고… 끝.
